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    石墨的特性及其在真空爐內的應用

    來源:頂立科技 | 發布時間:2014-07-27 |

    一、石墨的分類

    1、按碳含量分類

    分類

    碳含量

    高純石墨

    ≥99.9%

    高碳石墨

    ≥94%

    中碳石墨

    ≥80%

    低碳石墨

    ≥50%

    2、按成型方式分類

    分類

    備注

    等靜壓石墨


    模壓石墨


    擠壓石墨


    振實成型石墨


    3、電極石墨按顆粒度分類

    分類

    粒度

    細結構石墨

    <0.8mm

    中粗石墨

    0.8mm

    電極石墨

    2~4mm


    二、石墨的生產工藝


    三、石墨的特性

    1、真空爐常用石墨的物理、力學性能

    主要性能

    等靜壓石墨

    模壓石墨

    振實石墨

    檢驗依據

    電阻率

    9~15μΩm

    7~13μΩm

    5~9μΩm

    YB/T 120-1997 炭素材料電阻率測定方法

    體積密度

    ≥1.8g/cm3,各向同性,均勻性好,邊緣與中心密度差約為0.5%

    ≥1.7g/cm3,與壓制方向和位置有關,均勻性差,邊緣與中心密度差約為10%

    ≥1.5g/cm3

    YB/T 119-1997 炭素材料體積密度測定方法

    抗壓強度

    ≥70MPa

    ≥70MPa

    ≥35MPa

    GB/T1431-2009 炭素材料耐壓強度測定方法

    抗折強度

    ≥35MPa

    ≥35MPa

    ≥17MPa

    GB/T 3074.1-2008 石墨電極抗折強度測定方法

    肖氏硬度

    45~55

    45~55

    45~55


    灰分

    ≤700ppm

    ≤700ppm

    ≤1000ppm


    平均粒度

    18~25μm

    18~25μm

    ≤800μm


    熱膨脹系數

    ≤5×10-6/℃

    ≤5×10-6/℃

    ≤5×10-6/℃

    GB/T 3074.4-2003 石墨電極測定方法石墨電極熱膨脹系數(CET)測定方法

    彈性模量

    10~12GPa

    10~12GPa

    10~12GPa

    GB/T 3074.2-2008 石墨電極彈性模量測定方法

    2、石墨的電阻率

    2.1、石墨的電阻率范圍

    種類

    電阻率(μΩ.m

    等靜壓石墨

    9~15

    模壓三高石墨

    7~13

    振實成型細顆粒石墨

    5~9

    2.2、電阻率與粒度、密度、石墨化度、灰分的關系

    影響因素

    電阻率

    粒度

    反比

    密度

    反比

    石墨化度

    反比

    灰分

    另外,通過增加不同的成分,可以很大程度調節石墨的電阻率

    2.3、電阻率與溫度的關系

    一般,根據熱平衡法計算設備的功率都是設備在最高溫度時的功率;

    如用戶對升溫的速率要求比較快,則需要計算最快升溫速率時的功率輸出;

    所以我們需要了解的是在工作中的發熱體真實電阻。但由于很多廠家都沒有高溫時測量發熱體真實電阻的能力,所以,一般進行檢驗時檢測的為低溫時的電阻,再根據電阻溫度系數去推斷。


    1:國產石墨電阻溫度關系曲線

    2:進口石墨電阻溫度關系曲線

    3、石墨的表面負荷

    3.1、石墨的表面負荷由溫度決定。建議當溫度在1000℃左右連續運行時,加熱區表面積的電負荷不超過35W/cm2;在短期運行時,加熱元件的電負荷可在50W/cm2或以上;當溫度超過1000℃時,電負荷應降低。

    3.2、石墨的表面負荷與溫度的關系

    3:石墨表面負荷與溫度關系曲線

    4、石墨的強度

    4.1、石墨強度分析

    石墨的強度越好,使用壽命越長,但成本越高,應根據石墨在不同爐型、不同部位的使用特點,合理的選擇,以求達到最經濟合理的設計。

    4.2、加熱元件在2600℃以下,隨著溫度的升高,其機械強度會進一步增強,然而,當溫度超過2600℃時,其機械強度便會逐漸下降。

    4.3、溫度對石墨強度的影響

    4:石墨的強度溫度曲線

    4.4、強度對發熱體結構設計的影響

    A、從石墨的力學性能指標可以看出,石墨的抗壓強度遠好于石墨的抗折強度,所以,在布置石墨發熱體時,盡量采用豎直向上的布置,可以改善石墨的受力環境,延長石墨壽命;

    B、由于石墨有一定的熱膨脹量和較大的彈性模量,而本身強度不是太好,所以,一定要充分考慮石墨的熱膨脹;

    C、懸掛件比承重件好;

    D、一端自由延伸比兩端同時約束好;

    E、兩端同時約束時一定要考慮至少一端有膨脹間隙;

    5、化學性能

    5.1、石墨抗氧化性能與現象

    石墨在大氣中450℃開始劇烈氧化,氧化后在發熱體表面出現白色粉末;

    氧化的部位往往出現在爐內充氣口和排氣口。

    5.2、石墨的氧化性與爐內真空度的關系

    A、真空度越高,越不容易氧化;

    B、真空度較高時仍然氧化,則可能出現“過堂風”,應檢測設備的壓升率;

    C、中低溫設備的氧化程度比高溫設備氧化更嚴重;

    5.3、石墨與其它氣體的反應溫度

    氣體種類

    明顯反應溫度

    氮氣(干燥純凈)

    3000

    氫氣

    1100

    氯氣

    2800

    6、石墨的沸點與升華

    6.1、石墨的溶點3652,沸點4827

    6.2、石墨在不同溫度下的蒸氣壓

    5:石墨在不同溫度下的蒸汽壓

    6.3、如何抑制石墨的升華

    加熱元件可達到的溫度取決于其真空度。由于在2200℃以上石墨會發生升華,因此不建議真空下(<10-3Pa)在超過2200℃的的溫度使用,但可以在3000的非氧化性,還原性、或保護性惰性氣氛中使用。

    7、石墨的膨脹

    7.1、石墨的膨脹系數

    石墨的膨脹系數較小,一般為2×10-6Pa~6×10-6Pa之間,密度越大,膨脹系數越大,密度越小,膨脹系數越??;粒度越大,膨脹系數越小,粒度越小,膨脹系數越大。

    7.2、石墨的膨脹系數與溫度的關系

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