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碳素材料的用途

发表时间:2017-03-30

炭素材料的用途
      炭素材料除满足冶金、化学工业的需要外,还为航天、核工业、电子、机械等部门提供所需要的材料。
     1、导电材料
      用电弧炉或矿热电炉冶炼各种合金钢、铁合金或生产电石(碳化钙)、黄磷时,强大的电流通过炭电极(或连续自焙电极-即电极糊)或石墨化电极导入电炉的熔炼区产生电弧,使电能转化成热能,温度升高到2000℃左右,从而达到冶炼或反应的要求。金属镁、铝、钠一般用熔盐电解制取,这时电解槽的阳极导电材料都是采用石墨化电极或连续自焙电极(阳极糊、有时用预焙阳极)。熔盐电解的温度一般在1000℃以下。生产烧碱(氢氧化钠)和氯气的食盐溶液电解槽的阳极导电材料,一般都用石墨化阳极。生产金刚砂(碳化硅)使用的电阻炉的炉头导电材料,也使用石墨化电极。
      除上述用途外,炭和石墨制品作为导电材料广泛用于电机制造工业作为滑环和电刷,以及用作干电池中的炭棒或产生弧光用的弧光炭棒,水银整流器中的阳极等。
      2、耐火材料
      由于炭素制品能耐高温和有较好的高温强度及耐腐蚀性,所以很多冶金炉内衬可用炭块砌筑,如高炉的炉底、炉缸和炉腹,铁合金炉和电石炉的内衬,铝电解槽的底部及侧部。许多贵重金属和稀有金属冶炼用的坩埚、熔化石英玻璃等所用的石墨坩埚,也都是用石墨化坯料加工制成的。
      3、耐腐蚀的结构材料
      经过有机树脂或无机树脂浸渍过的石墨材料,具有耐腐蚀性好、导热性好、渗透率低等特点,这种浸渍石墨又称为不透性石墨。它大量应用于制作各种热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵等设备,广泛应用于石油炼制、石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维,造纸等工业部门,可节省大量的不锈钢等金属材料。
      4、耐磨和润滑材料
      炭素材料除具有化学稳定性高的特性外,还有较好的润滑性能。在高速、高温、高压的条件下,用润滑油来改善滑动部件的耐磨性往往是不可能的。石墨耐磨材料可以在-200℃到2000℃温度下的腐蚀性介质中并在很高的滑动速度下(可达100m/s)不用润滑油而工作。因此,许多输送腐蚀性介质的压缩机和泵广泛采用石墨材料制成的活塞环、密封圈和轴承。它们运转时无需加入润滑剂。这种耐磨材料是用普通的炭或石墨材料经过有机树脂或液态金属材料浸渍而成。石墨乳剂也是许多金属加工(拔丝、拉管等)的良好润滑剂。
      5、高温冶金及超纯材料生产用的结构材料
      如生产单晶硅用的晶体生长坩埚、区域精炼容器、支架、夹具、感应加热器等,都是用高纯度石墨材料加工而成的。用于真空冶炼中的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管、棒、板、格栅等元件,也是用石墨材料加工制成的。
      6、铸模、压模材料
      炭素材料的热膨胀系数小,而且耐急冷急热性好,所以可以用作玻璃器皿的铸模和黑色金属及有色金属或稀有金属的铸模。用石墨铸模得到的铸件,尺寸精确,表面光洁,不加工即可直接使用或只要稍加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金(如碳化钨)等粉末冶金工艺,通常用石墨材料加工压模和烧结用的舟皿。
      7、原子能工业及军事工业材料
      石墨因为具有良好的中子减速性能,最早用于原子反应堆中作为减速材料。铀-石墨反应堆是目前较多的一种原子反应堆。原子反应堆用的石墨材料必须具有极高的纯度。为了降低石墨中的杂质含量,在石墨化过程中通入卤素净化气体。一些经过特殊处理的石墨(如在石墨表面渗入耐高温的材料)及再结晶石墨、热解石墨,具有在极高温度下较好的稳定性及较高的强度重量比。所以,它们可以用于制造固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇宙航行设备的零部件。

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