石墨课堂—石墨化操作与控制
碳材(cai)料石墨(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)的实现:碳材(cai)料的石墨(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)是在(zai) 2200~3000℃高温下进行的,故工(gong)业上只(zhi)有通过电(dian)(dian)(dian)(dian)加(jia)热(re)(re)才能实现,般采用通电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)加(jia)热(re)(re)或感(gan)(gan)应加(jia)热(re)(re)。在(zai)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)加(jia)热(re)(re)炉中已(yi)实用化(hua)(hua)的有艾奇逊(xun)石墨(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)炉、直接通电(dian)(dian)(dian)(dian)的内热(re)(re)串接式石墨(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)炉和管状电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)炉等。在(zai)感(gan)(gan)应加(jia)热(re)(re)炉是通过高频感(gan)(gan)应电(dian)(dian)(dian)(dian)流由石墨(mo)(mo)(mo)加(jia)热(re)(re)台加(jia)热(re)(re)或利用被加(jia)热(re)(re)体直接发热(re)(re)。

不同石墨(mo)电极所需的(de)(de)石墨(mo)化温(wen)(wen)度:生产(chan)普通功(gong)率石墨(mo)电极时(shi),产(chan)品应(ying)到达的(de)(de)石墨(mo)化温(wen)(wen)度为(wei)(wei)(wei)2500℃左右,生产(chan)高功(gong)率石墨(mo)电极(电阻率为(wei)(wei)(wei)6~7 m0m)时(shi),产(chan)品应(ying)到达的(de)(de)石墨(mo)化温(wen)(wen)度为(wei)(wei)(wei) 2600~2800℃,而(er)生成超(chao)高功(gong)率石墨(mo)电极(电阻率为(wei)(wei)(wei)4.5~6um)时(shi),产(chan)品应(ying)到达的(de)(de)石墨(mo)化温(wen)(wen)度为(wei)(wei)(wei)2800~3000℃。

碳材料(liao)的石墨化过(guo)(guo)程实际(ji)上是一(yi)个(ge)温(wen)度控制过(guo)(guo)程,按温(wen)度特性划(hua)分(fen),大致可以分(fen)为(wei)3个(ge)阶(jie)(jie)段(duan):重复(fu)焙烧阶(jie)(jie)段(duan)。室(shi)温(wen)至1250℃为(wei)重复(fu)焙烧阶(jie)(jie)段(duan)。经过(guo)(guo)1250℃左(zuo)右(you)焙烧的炭坏具(ju)有一(yi)定的热电性能和耐热冲击(ji)性能,采用较快的升(sheng)温(wen)速率(lv),使焙烧品在石墨化初(chu)期完成预(yu)热过(guo)(guo)渡阶(jie)(jie)段(duan),炭坏结(jie)构不会发生(sheng)很大的变化,制品本身也不会产生(sheng)裂纹(wen)。

严控升(sheng)温(wen)阶段。1250~1800℃为(wei)(wei)升(sheng)温(wen)重点控制(zhi)阶段。在(zai)此石墨化(hua)关(guan)键温(wen)度区间(jian)内(nei),炭(tan)坯(pi)的(de)物理结构(gou)和化(hua)学组成发(fa)生(sheng)了(le)很大的(de)变化(hua),无(wu)定(ding)形碳(tan)的(de)乱层结构(gou)有逐渐向石晶体(ti)结构(gou)转变的(de)趋势,同(tong)时(shi)(shi)伴随着无(wu)定(ding)形碳(tan)微晶结构(gou)边(bian)缘结合(he)的(de)不(bu)稳(wen)定(ding)低分子烃类和杂质元素集团不(bu)断地(di)分解逸出(chu),并产生(sheng)结构(gou)缺陷,也促使热应(ying)(ying)力(li)相对集中,极易产生(sheng)裂纹(wen)废品。为(wei)(wei)减缓(huan)热应(ying)(ying)力(li)的(de)作(zuo)用,防止热应(ying)(ying)力(li)过于集中,避(bi)免炭(tan)坯(pi)产生(sheng)裂纹(wen),同(tong)时(shi)(shi)也为(wei)(wei)了(le)保持一定(ding)的(de)保温(wen)时(shi)(shi)间(jian),应(ying)(ying)该(gai)严格控制(zhi)此阶段的(de)升(sheng)温(wen)速率(lv)。

自由升温(wen)阶段。1800℃至(zhi)石墨(mo)化最(zui)高(gao)温(wen)度(du)(du)为自由升温(wen)阶段。在(zai)此(ci)温(wen)度(du)(du)区(qu)间(jian),碳材料的(de)石晶体(ti)(ti)结构雏形已(yi)经基本形成,继续(xu)升温(wen),促使其(qi)石墨(mo)化度(du)(du)进一步提高(gao)。石墨(mo)晶体(ti)(ti)的(de)完善程度(du)(du)主要取决(jue)于(yu)最(zui)高(gao)温(wen)度(du)(du),保温(wen)时间(jian)的(de)影响已(yi)经很小,此(ci)阶段升温(wen)速率可以加快。