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℃)