炭素工艺学资料

炭素工艺学考点1、填空题沥青熔化的目的在于O,并使（）,减少（）。

正确答案：排除沥青中的水分；机械杂质沉淀；其膨胀性2、问答题如何评价炭材料生产用石油焦的质量？正确答案：炭材料生产用石油焦的质（江南博哥）量可用灰分、硫分、挥发分、锻后焦真密度、粉焦量和杂质元素含量来衡量。

灰分含量是石油焦的主要质量指标，硫分对于炭材料生产来说是一种有害元素。

石油焦的挥发分高低显示了焦炭的焦化程度，其对锻烧操作有较大的影响。

锻后焦的真密度大小标志着石油焦的石墨化难易程度，锻后焦真密度越大，石油焦越易石墨化，并且石典化产品电阻率较低。

为r更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能，有时还需要检测石油焦的堆积密度、振实密度与锻后焦的电阻率、热膨胀系数和机械性能长可破碎性、脆性和磨损率。

3、判断题弹性后效通常是随着压力的增大而增加。

O正确答案：对4、填空题体密度可以表示材料或制品的宏观组织结构的（），制品的气孔率越大，则体密度（），宏观组织结构越O.正确答案：宏观组织结构；越低；疏松5、问答题影响浸渍效果的工艺因素有哪些？正确答案：对于采用煤沥青作为浸渍剂来说，影响浸涉质量和浸涉效果的工艺囚素有浸渍前焙烧炭坯的预热温度、浸渍剂沥青的熔化预热温度、浸泄系统的真空度及抽真空时间、浸渍罐的预热温度、浸渍时所加压力的大小及加压时间等。

此外，浸渍剂沥青的组分构成、哇琳不溶物含量和流变性能对浸渍效果也有明显的影响。

6、判断题适宜的糊料温度，使糊料具有一定的流动性，使成型种不出或少出裂纹废品。

O正确答案：对7、判断题混捏时间的长短，对混捏质量影响不大。

（）正确答案：错8、问答题挤压废品类型有哪些，其产生的原因是什么？正确答案：（1）裂纹。

裂纹是挤压成型最常见的废品类型，裂纹可分为横向裂纹、纵向裂纹和网状裂纹等。

（2）体积密度不合格。

产生生坯体积密度不合格的原因有：1）糊料中勃结剂用量过大，糊料中骨料颗粒内部颗粒的孔隙没有被勃结剂填满；2）压机压缩比太小，压型时糊料交流程度不够，压机吨位不够：3）预压压力低，预压时间短；4）型嘴温度较高，下料温度较低；5）压型速率较快；6）西甜中颗粒较大并且大颗粒所占比率较大，干料堆积密度低。

炭素工艺学-炭素工艺学1、如何评价炭材料生产用石油焦的质量？2、什么是煤沥青，煤沥青具有哪些用途？3、什么叫锻烧？炭质原料锻烧的目的是什么？4、影响混捏质量的因素有哪些？5、什么是炭材料的成型？炭材料成型方法有哪几种，它们各适用于哪些制品的成型？6、挤压时影响压力大小的因素有哪些？7、影响挤压生坏质量的因素有哪些，如何提高压型成品率？8、什么是弹性后效〔生坯回胀〕？9、影响弹性后效〔生坯回胀〕的因素有哪些？10、挤压废品类型有哪些，其产生的缘由是什么？11、什么是等静压成型，等静压成型原理是怎样的？12、等静压成型有什么特点和规律？13、什么是焙烧？焙烧的目的是什么？14、什么是二次焙烧，它与一次焙烧有何差异？15、浸渍品经二次焙烧后再进展石墨化的优点是什么？16、焙烧工序废品产生的缘由是什么？17、什么是浸渍，哪些炭材料需要进展浸渍处理？18、为什么要对炭材料进展浸渍处理，浸渍的目的有哪些？19、影响浸渍效果的工艺因素有哪些？20、什么是石墨化和石墨化过程？石墨化的目的是什么？21、什么是石墨单晶、石墨多晶体和石墨微晶？22、什么是易石墨化炭和难石墨化炭？23、高纯石墨化原理是怎样的？24、什么是“内串”石墨化？25、石墨化供电有哪些特点？26、什么是石墨化炉的炉芯，装炉时围炉芯的目的是什么？27、什么是电阻料，其在石墨化过程中起什么作用？28、在石墨化过程中保温料起什么作用，对石墨化保温料有哪些要求？29、碳有三种同素异形体，分别是〔〕〔〕〔〕。

30、石墨按其外观外形分为两种，分别是〔〕〔〕。

31、生产各种炭素制品的主要原料有〔〕〔〕〔〕〔〕等。

32、体密度可以表示材料或制品的宏观组织构造的〔〕，制品的气孔率越大，则体密度〔〕，宏观组织构造越〔〕。

33、碳质材料及其碳和石墨制品样块中的气孔按其外形和位置可分为〔〕〔〕〔〕三种类型。

34、电解槽的残极可分为两大类分别是〔〕〔〕。

35、炭阳极属于少灰制品，其主要原料是〔〕〔〕。

炭素工艺技术炭素工艺技术是一门使用炭素材料制造产品的技术。

炭素材料具有许多优异的性质，例如高强度、较低的密度、优异的导热性和导电性等。

因此，炭素材料在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑材料等领域都有广泛的应用。

本文将介绍炭素工艺技术的主要过程和应用。

炭素工艺技术主要包括炭化、石墨化和碳化等过程。

首先是炭化过程，即通过对石墨材料进行高温处理，使其分子结构发生变化，形成纯净的炭素材料。

炭化过程通常在高温下进行，以确保石墨材料中的杂质和残留物得以完全去除。

这种高温炭化过程需要严格控制温度和时间，以避免材料过度炭化或烧毁。

接下来是石墨化过程，即将炭化后的石墨材料进行进一步的处理，以提高其导热性和导电性。

石墨化过程包括石墨化烧结和石墨热压等多种方法。

其中，石墨化烧结是通过将炭素材料置于高温石墨炉中，使其发生晶格重排，形成高度有序的结构。

而石墨热压是将炭素粉末放入石墨模具中，在高温和高压条件下进行热压，使其形成致密的石墨材料。

最后是碳化过程，即将石墨材料与其他物质进行化学反应，形成碳化物。

碳化过程可以通过多种方法实现，例如化学蒸汽沉积法、化学气相沉积法等。

这些方法可以在不同的温度和压力条件下进行，以制备不同种类和形态的碳化物。

碳化物通常具有良好的硬度和耐磨性，可以用于制造耐火材料、切削工具等。

炭素工艺技术在许多领域有广泛的应用。

在航空航天领域，炭素纤维复合材料被广泛用于制造飞机和航天器的结构部件。

炭素纤维具有高强度和轻质的特点，可以减轻结构的重量，提高飞行器的性能。

在汽车制造中，炭素纤维和石墨材料被用于制造车身和零部件，以提高车辆的燃油效率和安全性能。

在电子设备中，炭素材料被用于制造电池极板、导电材料等，以提高电池的性能和电路的导电性能。

此外，炭素材料还可以用于制造耐火材料、人造钻石、核燃料等。

总之，炭素工艺技术是一门重要的制造技术，对于推动工业发展和提高产品性能具有重要意义。

随着炭素材料性能的不断提升和制造技术的不断创新，炭素工艺技术在各个领域的应用前景将会更加广阔。

碳素材料工艺基础各种新型碳素功能材料第一章碳素材料的物质结构§ 1.1碳原子及其价态碳原子的基态电子层结构是1s22s22p x12p y1基态碳原子只有两个未成对的价电子，对外只能形成两个共价键，因此，基态碳原子是二价的。

绝大部分碳化合物的碳为四价，当基态碳原子受到激发，一个2s电子跃迁到2p轨道时，电子层结构就成为1s22s2p x2p y2p z ,碳原子就有了四个为成对的价电子，成为四价。

碳原子从基态到激发态要吸收161.5千卡/摩尔的能量，但和不同的原子化合时需要的能量大小却不一样，例如，C—H的键能为98.8千卡/摩尔，C—O的键能为84.0千卡/摩尔。

在所有的四价碳化合物中，碳原子处于三种价态中的一种状态，这就是四面体、三角形及线形键。

（1）四面体键碳原子的四个等值价键是由1个s—电子和三个p—电子杂化而成sp3杂化态，每个建中S成分占1/4，p成分占3/4，四个键的电子轨道形状相同，但方向不同，每个轨道的对称轴指向四面体的顶角，任意两键之间的夹角都是109°28´。

（2）三角形键在具有双键的不饱和的有机物、芳香族化合物和石墨中，碳原子中有三个等值价键分布在直角坐标系的xy平面上，互成120°角，这种等值价键是由1个s—电子和2个p—电子杂化而成sp2杂化态，每个键中，s成分占1/3，p成分占2/3，碳原子的第四个电子，又叫π电子，它的哑铃型对称的电子云指向直角坐标的z方向，成为π键。

苯分子中的π键又不同于乙烯中的π键，苯分子成六方平面结构，有六次对称轴即苯分子中所有碳—碳键长都是相等的，这就必须部分采用多中心分子轨道，认为苯分子中六个π电子是共有的，它们按六个碳—碳键平均分布，这种键叫做非定域键或离域键，实验发现，在苯、丁二烯、稠环芳香烃以及石墨中都是这种键，任何其他键结构式都不能反映它们的特性，这种现象称为共轭现象，这类分子称为共轭分子。

67 炭材料生产用原料有哪些？在常规炭材料生产中，通常采用的原料可分为以下几类：( ”固体炭质原料。

主要有石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨、人造石墨、炭黑和生产返回料（生碎、焙烧碎和石墨碎）等，其中石油焦和沥青焦又可分为普通焦和针状焦两类。

( 2 ）非炭质固体原料。

主要有电工用炭生产用金属粉末、活性炭生产用植物材料以及微孔炭砖生产用碳化硅和金属硅等。

( 3 ）勃结剂和浸渍剂。

主要有煤沥青、石油沥青、合成树脂、润滑剂和低熔点合金等。

( 4 ）改性添加剂。

主要有煤焦油、葱油、氧化铁和硬脂酸等。

此外，炭材料生产中还采用一些辅助物料（保温料、填充料和电阻料），如冶金焦、石油焦、炭黑、石英砂和河沙等。

生产新型炭材料和特种炭材料则采用一些特殊的原料，如聚丙烯睛纤维和气态烃类有机物等。

68 各种固体炭质原料的特征和适用范围是怎样的？各种固体炭质原料的特征和适用范围见表2 一l 。

表2 一1 固体炭质原料的特征和适用范围69 什么是少灰原料和多灰原料？为了合理选择、保管和使用固体炭质原料，一般按其所含无机物杂质的多少，将固体炭质原料分为少灰原料和多灰原料。

石油焦和沥青焦等属于少灰原料，它们的灰分含量一般小于1 % ; 冶金焦和无烟煤等属于多灰原料，它们的灰分含量在10 ％左右。

石墨制品和少灰炭制品（如预焙阳极）的生产要选用少灰原料，多灰炭制品（如炭块和电极糊）的生产则要选用多灰原料。

70 炭材料生产用原料贮存过程中要注意哪些事项？( 1 ）炭质原料堆放场地必须是水泥地面，原料贮存时应尽量减少外界杂质的混入。

( 2 ）原料贮存过程中，严禁混入灰尘、泥沙和其他杂质。

少灰原料最好是入库保管，急用原料应库存。

对于备用原料，如无库房贮存，亦可露天存放，但必须加强管理，采取恰当的措施，如打水泥地面、苇席遮盖和袋包装等，以免原料在存放期间混入杂质。

( 3 ）炭质原料在存放期间要防止互相混入，特别是要防止多灰原料混入少灰原料内。

炭素材料的制备原料1、石油焦2、沥青焦3、冶金焦4、无烟煤5、煤沥青6、其他辅助原料1、石油焦石油焦是石油炼制过程中的副产品。

石油经过常压或减压蒸馏，分别得到汽油、煤油、柴油和蜡油，剩下的残余物称为渣油。

将渣油进行焦化便得到石油焦。

因而石油焦的性质主要取决于渣油的种类。

石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。

这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。

石油焦在高温下容易石墨化。

石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。

延迟焦化是将原料经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。

原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。

有时在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。

（1）焦化反应石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。

渣油的组成很复杂。

渣油与原油同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。

在渣油中还有沥青质组分。

它与沥青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。

在重柴油馏分中沥青质脱去一个脂族基便能转化为树脂质。

树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。

渣油的焦化反应可归纳为：1) 渣油中的树脂质—沥青质—焦炭2) 渣油中的芳香烃等—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭3) 渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环—芳香烃—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭（2）石油焦的分类根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦4种。

根据硫含量的不同，可分为高硫焦和低硫焦。

石油焦按照硫含量、挥发分和灰分等指标的不同,分为3个牌号,每个牌号又按质量分为Ａ、Ｂ两种。

根据原料渣油的不同，石油焦又分为裂化石油焦、常减压石油焦和页岩石油焦2、沥青焦沥青焦是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭，它的颗粒结构致密，气孔率小，挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高，其来源是以煤沥青为原料，采用高温干馏（焦化）的方式制备而得。

沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后，真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。

煅烧工艺部分一、填空填1.石油焦开始逸出其挥发份的温度一般是（200—250）℃，挥发份的逸出量一般都随着温度的升高不断增加。

2.在（500）℃的煅烧温度范围内，各种炭素原料中的挥发份是呈油雾黄烟的形态逸出的。

3.一般来说，在（400）℃以下，从各种炭素原料中所排出的挥发份主要来自焦炭中少量的轻质馏分。

4.石油焦在（500－800）℃之间挥发份排出量最大。

一直到（1100）℃以上才基本结束。

当煅烧温度达到约(700)°C时，挥发份的主要成分是碳氢化合物及由碳氢化合物热解所分解的氢。

当温度继续升高，将会引起碳氢化合物的强烈分解生成热解碳（即次生碳），这种热解碳不断沉积在焦炭气孔壁及其表面，形成一种坚实有光泽的碳膜，使焦碳的抗氧化能力和机械强度大为提高。

5.石油焦的电阻随煅烧温度的提高而直线降低，当温度达到（1200）℃以后变化不大。

6.石油焦工业煅烧温度的上限为（1350℃— 1400）℃。

超过约1 400℃煅烧石油焦,其中硫大量逸出会影响煅烧石油焦的性质。

煅烧焦与氧化性气体的反应率随石油焦热处理温度的升高而降低。

7.石油焦是石油炼制过程中的重渣油经焦化而得的产物，我厂使用的石油焦主要用（延迟焦化法）得来的，这种焦也被称为蜂窝焦，这种焦表面孔度分布均匀，便于沥青浸入。

8.石油焦煅烧时，（水分）和（挥发份）排出，物料紧缩，结构变得细密，形成晶格，物理和化学性能发生变化。

9.石油焦煅烧前碳含量为（90-92）%，氢含量为3%-4%，煅烧后，碳含量达到98.5%-99.5%，氢含量（不大于1%）。

10.石油焦中H(氢),S（硫）,N（氮）,含量的变化取决于煅烧温度下（物料的分子）反应和化学重排的进程。

11.石油焦的硫分主要来自于原油。

石油焦中的硫可分为（有机硫）和（无机硫）。

12.石油焦的煅烧质量是通过测定煅后焦的真密度，电阻率，灰分，挥发份和水分等理化指标来评价的，这些质量指标的高低主要取决于（煅烧温度）的高低和高温下的（持续时间）。

碳素⼯艺碳素⼯艺第⼀章绪论炭素材料有良好的导电、导热性能，⾼温下机械强度良好、耐腐蚀性、价格低廉，来源⼴泛。

⼀、炭素⼯艺发展概论最古⽼的炭素材料是⽤天然⽯墨、粘⼟混合起来煅烧成⽯墨坩埚，在我国有的历史，但作为导电材料是近代，1806年⾸次⽤⽯墨制成实验室电池。

炭素电极加热到2500℃后变成⽯墨电极。

灰分（杂质，主要是⼀些⾦属的氧化物）⾦属氧化物参与电化学反应，消耗阳极，反应后的⾦属以不同形态进⼊铝液中，降低铝的品质。

热膨胀系数要求⼩，减少应⼒的产⽣，防⽌炭块裂纹的⽣成。

炭素材料是⼀种⽆机的⾮⾦属材料⼆、冶⾦炭素⼯业⽣产⼯艺流程原料预处理⽯油焦、沥青预碎、煅烧⽆烟煤、冶⾦焦原料粒度分级⽯墨碎破碎、筛分各种粒度原料计量 1—6种粒度连续称量或⽤磅（称）称量预热120℃—180℃（全部固体原料）阴极糊混捏150℃——210℃沥青、⽣碎（成型后的废品）电极糊连续混捏或⽤混捏锅混捏捣缝糊成型110℃——150℃挤压成型、模压成型、振动成型半⽯墨化1800℃——2300℃焙烧800℃——1300℃⽯墨化2500℃——2800℃机械加⼯或组装预备阳极炭块阴极炭块⾼炉炭块半⽯墨化的阴极炭块⽯墨化的阴极炭块第⼆章炭和⽯墨材料⼀、⾃然界中的碳碳在地球上的含量0.027%，占地球化学元素含量中13位，以单质碳和化合物的形式存在。

单质碳：⾦刚⽯、⽯墨、⽆定形碳。

1、⾃然界中的单质碳⾦刚⽯：坦然形成⽯墨：天然⽯墨、⼈造⽯墨⽆定形碳：⽊炭、煤炭、焦炭2、碳原⼦的结合⽅式1）电⼦的运动状态：原⼦是带正电荷的原⼦核和带负电荷的电⼦组成，是整个原⼦的中⼼。

A）电⼦层：K、L、M、N、O、P、QK层电⼦能量最低，最外层电⼦能量最⾼B）电⼦亚层和电⼦云形状：同⼀层中电⼦能量不同形成电⼦亚层。

S＜P＜D＜F等表⽰，S层的电⼦云的形状是球形，P层是倒“8”字形。

C）电⼦云在空间的伸展⽅向：P层电⼦沿着xyz轴⽅向延伸。

D）电⼦的字璇：⼀个原⼦中不可能出现运动状态完全相同的两个电⼦，每层的电⼦数2n2。

炭素工艺学资料74 如何评价炭材料生产用石油焦的质量,炭材料生产用石油焦的质量可用灰分、硫分、挥发分、锻后焦真密度、粉焦量和杂质元素含量来衡量。

灰分含量是石油焦的主要质量指标，硫分对于炭材料生产来说是一种有害元素。

石油焦的挥发分高低显示了焦炭的焦化程度，其对锻烧操作有较大的影响。

锻后焦的真密度大小标志着石油焦的石墨化难易程度，锻后焦真密度越大，石油焦越易石墨化，并且石墨化产品电阻率较低。

为了更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能，有时还需要检测石油焦的堆积密度、振实密度与锻后焦的电阻率、热膨胀系数和机械性能长可破碎性、脆性和磨损率)。

101 什么是煤沥青，煤沥青具有哪些用途,煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、蔡油、洗油和葱油等)后的残留物。

煤沥青常温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化，继而熔化。

煤沥青主要用途为:( l )生产各种类型炭材料的勃结剂和浸渍剂，这一部分产量最大;( 2 )生产针状焦和炭纤维等高技术产品，产量不大，但附加值很高;( 3 )防水防腐材料和筑路材料。

123 什么叫锻烧,炭质原料锻烧的目的是什么,炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的挥发分，并相应地提高原料理化性能的生产工序称为锻烧。

煅烧目的:( 1 )排除炭质原料所含的挥发分;( 2 )排除炭质原料所含的水分;( 3 )提高炭质原料的密度和机械强度;( 4 )提高炭质原料的导电性能;( 5 )提高炭质原料的化学稳定性和抗氧化性能。

25 影响混捏质量的因素有哪些,( l )混捏温度。

混捏温度降低，混捏不均，不易成型，并且生坯疏松且结构不均匀。

混捏温度升高，有利于提高混捏质量以及糊料的成型( 2 )混捏时间。

混捏时间短，糊料混捏不均匀，混捏时间过长，使干料粒度组成发生变化，糊料质量变差。

( 3 )干料性质。

干料颗粒表面粗糙，糊料塑性好。

( 4 )载结剂用量。

勃结剂用量过少、，糊料塑性变差。

2010级冶金工程（专升本）炭素工艺学复习大纲第一章1.炭材料的工业发展历史（出题类型：填空、选择、判断）1）18世纪欧洲出现了工业革命，炼铁业首先得到了发展，炭质耐火材料开始供砌筑炼铁高炉使用。

2）19世纪初，随着电的发现及广泛使用，作为导电材料的炭材料也陆续登场，用木炭制成可产生电弧的炭棒，1842年以焦炭为原料生产的炭电极，1855年德国建立生产电池炭棒的炭素企业。

3）19世纪末，欧洲发明了电冶炼技术，初期的电炉冶炼使用无烟煤及焦炭制备炭质电极，随后以天然石墨为原料生产的天然石墨电极。

4）近代炭材料工业史上的里程碑就是人造石墨的发明。

另外，随着电力工业的发展，用炭刷作为导电器效果很好，在此基础上形成了电炭工业。

5）第二次世界大战末期，何能利用走上历史舞台，杂质含量低的高纯高密度石墨成为建造核反应堆的首选材料。

6）20世纪50-60年代，航天事业的发展许多火箭及导弹的部件采用高强高密的石墨材料加工而成，还研制成功了热解炭热解石墨，渗硅石墨，用于电子工业及生物工程材料和飞机刹车材料。

7）20世纪60年代末，炭纤维及其复合材料问世，多用于制造航天航空飞机和人造卫星的重要结构部件。

8）20世纪80年代中期发现了富勒碳，而后炭纤维价格降低，用于民用机械设备和机械器材。

9）90年代初研制出纳米碳和碳纳米管。

2.碳的同素异性（构）体，三种形态的单质碳（出题类型：填空、选择、判断）碳的同素异性（构）体有金刚石、石墨、富勒族碳和炔碳，三种形态的单质碳是金刚石、天然石墨、煤炭。

3.按用途与生产工艺炭材料如何分类？（出题类型：填空、选择）1）石墨电极类2）石墨阳极3）炭质电极4）炭块类5）炭糊类6）高纯高密和高强石墨7）特种炭和石墨8）机械工业用耐磨炭与耐磨石墨9）电工用炭和石墨制品10）石墨化工设备11）炭纤维及其复合材料12）石墨层间化合物4.区分炭质、半石墨质和石墨炭质材料（出题类型：填空、判断）以无烟煤和冶金焦为原料，焙烧后不必石墨化的属于炭质材料，石墨炭质材料是以易石墨化的石油焦或沥青焦为原料，产品在焙烧后必须经过石墨化高温处理。