石墨板在特定的工藝條件下炭化作用

作者：昌旺管道　來源：原創(chuàng)　日期：2017/9/7 15:15:38　人氣：55

石墨板的發(fā)展概況石墨板就是纖維狀的炭。但是，元素碳即使加熱到3000℃也不會熔化，不可能把元素碳熔化為液體后再抽成絲，因此石墨板不是從煤、焦炭等原料制成的，而是用許多含炭量高的人造纖維或合成纖維在特定的工藝條件下炭化而得到的。早在十九世紀(jì)的八十年代，就已發(fā)明用天然纖維在高溫下炭化而得到石墨板（既耐高溫又能導(dǎo)電），曾使用于當(dāng)時白熾燈泡中的燈絲。二十世紀(jì)的五十年代發(fā)明了用粘膠絲（如銅氨人造絲，醋酸人造絲）及聚丙烯腈長絲(一種用丙烯腈為原料，在引發(fā)劑作用下聚合后抽成的長絲）炭化后生產(chǎn)的石墨板，并供應(yīng)于市場。初期生產(chǎn)的石墨板性能不高，其抗拉強度只有3500公斤/厘米2左右，彈性模量只有 0. 28 ~ 0.63 x106公斤/厘米2左右。因此，它只能用作耐高溫的保溫材料或耐腐蝕的過濾材料，也有一些作為機械工業(yè)上的密封材料及吸收電波的材料。近年來航空工業(yè)及宇航技術(shù)飛速發(fā)展，需要具有如下特性的一種結(jié)構(gòu)材料：它非常堅硬又很輕,抗拉強度很高，熱膨脹系數(shù)很小，熔點很高而耐腐蝕性能良好。在選擇使用各種結(jié)構(gòu)材料時，受到特別注意的是材料的抗拉強度和彈性模量，因此石墨板及其復(fù)合材料得到了重視。在六十年代，許多國家對石墨板的生產(chǎn)工藝及原料選擇進行了大量的研究工作，特別是1964年英國用聚丙烯腈長絲為原料,采取在2000℃左右低溫預(yù)氧化同時加張力的方法，首次制出了抗拉強度為21000公斤/厘米2的高強度、高模量石墨板，并由間斷屯產(chǎn)過渡到連續(xù)生產(chǎn)(連續(xù)預(yù)氧化及炭化），使石墨板的產(chǎn)量及質(zhì)量躍進了一大步。作為一種發(fā)展中的新材料,石墨板越來越顯示其重要性，表8 - 2列舉了石墨板與其它材料的性能比較。由表8-2可以看到，高模量石墨板在這幾種材料中的比彈性模量最高，而高強度石墨板則是這幾種材料中的比抗拉強度最高的，S-玻璃纖維雖然抗拉強度較高但彈性模量較小，只有硼纖維可以與石墨板媲美，但硼纖維是以鎢絲作芯材，硼沉積在鎢絲上，因此成本昂貴。二、碳纖維結(jié)構(gòu) 石墨板的結(jié)構(gòu)當(dāng)然與原料纖維有很人的區(qū)別。經(jīng)過高溫炭化得到的石墨板幾乎由純碳組成，并且是由二維有序的亂層石墨微晶所組成的多晶體。它與完整的石墨晶體有兩個重要的差別： 1. 石墨晶格中相鄰層間距為3.354A,而構(gòu)成石墨板的微晶石墨其晶格中的層間距稍大，為3.42A。 2. 在石墨晶格中，各層之間都有一定的空間相對位置（如呈ABAB結(jié)構(gòu)或A - BCABC結(jié)構(gòu)）。但是，在石墨板的微晶中，層與層之間相對位置不規(guī)則，即缺乏三維有序性，所以稱為亂層石墨結(jié)構(gòu)。具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的石墨板微品厚度及長度隨炭化工藝條件的不同而異。例如，La為10~100A,相當(dāng)于3~30層片，La通常為20~60A,也行長達 250A的。微晶再集合成一定長的單元，稱為小纖維,這是組成石墨板的二級單元，小纖維聚集成石墨板。圖8 - 2為石墨板的多晶結(jié)構(gòu)的理想化模型沁意圖。

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