石墨性能

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1 石墨性能

石墨有两种不同烧结石墨:碳石墨和电化石墨。前者质硬而脆,后者质软、强度低、自润滑性好。

石墨具有良好的自润滑性和良好的导热性,具有良好的耐腐蚀性但不耐强氧化介质,具有抗热冲击性和低摩擦因数。然而石墨存在着气孔率大、机械强度低的缺点。因此石墨用作软面材料时,需要用浸渍等办法来填塞孔隙,提高机械强度。

选择合适的浸渍剂是非常重要的。浸渍剂的性质决定了浸渍石墨的化学稳定性、热稳定性、机械强度、使用温度等。常用的浸渍树脂有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂等。酚醛树脂耐酸性较好,环氧树脂耐碱性好,而呋喃树脂耐酸性和耐碱性均较好。常用的浸渍金属有巴氏合金、铜合金、铝合金、锑合金等。浸渍金属石墨主要用90MPa,使用温度可达500℃;浸铜或铜合金的碳石墨使用温度为300℃;浸巴氏合金的碳石墨使用温度为120~180℃。

下表所列为碳石墨材料性能。

牌号 材料 体积密度

/g.cm-3 硬度

/HS 抗弯强度

/MPa 抗压强度

/MPa 膨胀系数

/C-1 气孔率

/% 使用温度

/℃

M121 碳石墨 1.56 65 25.5 73.65 4.0×10-6 17 350

M106H

M120H

M204H

M220H

浸环氧树

脂碳石墨

1.60

1.68

1.90

1.90 60

60

40

45 29.42

41.19

29.42

39.23 107.87

88.26

68.65

83.36 11.0×10-6

11.0×10-6

8.0×10-6

11.0×10-6 5

5

5

5 200

200

200

200

M106K① 浸呋喃树

脂碳石墨 1.69 80 50 117.68 11.0×10-6 5 220

M232L 浸铝合金

碳石墨 2.15 40 98.065 196.13 8.0×10-6 4 400

M106Y

M232Y 浸巴氏合

金碳石墨 2.36

2.06 60

50 58.84

39.23 196.13

147.1 6.0×10-6

6.0×10-6 5

5 180

180

M158K② 浸呋喃树

脂碳石墨 1.68 75~85 58.84~68.65 58.84~68.65 4.0×10-6

~6.0×10-6 <1 -103~250

M158H② 浸环氧树

脂碳石墨 1.70 65~76 196.13~294.2 147.1~196.13 4.0×10-6

~6.0×10-6 <1 -103~230

①导热率为4.187W/(m.K);

②导热率为5.44~6.28W/(m.K)

硅化石墨是碳石墨材料经硅化处理而得的碳化硅-碳复合材料。硅化处理的方法有化学气相反应法(CVR)和液硅浸渗法。化学气相沉积法为美国和日本采用,而俄罗斯和德国则用液硅浸渗法。前者Si或SiO气体在1800~2200℃的高温下作硅化反应将表面转化为SiC;而后者利用液体硅代替Si蒸汽或SiC气体与CVR同样作硅化处理。表7-20及表7-21列出了国内外硅化石墨的物理性能。

2 (4)表7-20CVR法硅化石墨的物理-力学性能

厂家 牌号 体积密度/g.cm-3 硬度 抗拉

强度

/MPa 抗弯

强度

/MPa 弹性

模量

/MPa 膨胀

系数

/C-1 抗压

强度

/MPa 热导率

W/(m.K)-1 最高工作

温度/℃

空气 惰性气氛

日本

鹰公司 ES-1①

ES-3 2.8

1.8 95~105(HS)

85~100(HS) 22.6

42.2 68.6

83.4 114×103

24×103 4.5×10-6

4.2×10-6 129

147 50

70.95 200

400

日本皮拉公司 P1 1.84 3500(HV) 34.3 58.8 11.8×103

4×10-6

117.7 110.5 400 1600

日本日立

化成公司 HSC

HSC① 1.85

2.00 3000(HV)

3000(HV) 59

68.6 35×103

41×103 4.4×10-6

4.4×10-6 116.32

116.32

美国纯碳公司 PE-6923① 2.15 100(HV) 34 55 28×103

4.4×10-6

138 68.63 260

英国加布兰达夫公司 SiC-V 1.9 18.62(HV) 10.34 15.85×103

4.1×10-6

82.73 51.92 371

中国东新电碳厂 M456 1.84 100(HV)

2500(HV) 58.8 35×103

3.7(200℃)×10-6

118

日本东芝陶瓷公司 PADLTTE 2.54 2000(HV) 49 196 176×103

4.1×10-6

① 浸渍树脂。

(5)表7-21液硅浸渗硅化石墨

性能 厂家

俄罗斯新齐略宾斯克 德国顺克埃贝公司

牌号

C-T C-TT CTII-0.5 U8019

体积密度/g.cm-3

抗压强度/MPa

抗弯强度/MPa

抗拉强度/MPa

弹性模量/MPa

电阻系数μΩ.cm

冲击韧性/J.m-2

断裂韧性KIC/N.mm-3/2

疲劳强度/MPa

导热系数/W.(m.℃)-1

线膨胀系数/℃-1

摩擦因数 2.5~2.7

294~314

88.3~108

39~49

88×10-3

2700

100~120

4.6×10-6

0.05 2.4~2.6

412~441

98~118

49~59

125×103

3900

150~175

4.2×10-6

0.04 2.5

235

76.5

39

58×103

2300

100

3.8×10-6

~4.0×10-6

0.04 2.65

190

140×103

130

1500

100

150

70

45×10-6

(20~1000℃)