石墨電極| 碳素材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) |
| 查看：3005 發(fā)稿日期：2017-07-20 19:48:48 |
| 碳素是以高純度優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，經(jīng)過(guò)深加工改變煤的一些性質(zhì)得出的，原子C，炭素制品按產(chǎn)品用途分為石墨電極類、炭塊類、石墨陽(yáng)極類、炭電極類、糊類、電炭類等等。俗稱炭磚或電爐塊，主要用于冶金行業(yè)：有色金屬和無(wú)色金屬的冶煉以及電石、磷化工企業(yè)！炭塊按用途可分為高爐炭塊、鋁用炭塊、電爐塊等。炭素制品按加工深度高低可分為炭制品、石墨制品、炭纖維和石墨纖維等炭素制品按原料和生產(chǎn)工藝不同，可分為石墨制品、炭制品、炭素纖維、特種石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分為多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。 炭素新材料是指用于高技術(shù)領(lǐng)域的碳和石墨材料，主要用于航空、航天、核能、風(fēng)能、硬質(zhì)材料制造、電子、醫(yī)療、建筑、環(huán)保等行業(yè)。因此21世紀(jì)被稱為"碳世紀(jì)"。目前已經(jīng)形成規(guī)模應(yīng)用的炭素新材料主要有各種特種石墨、碳纖維、碳復(fù)合材料等。 1導(dǎo)電材料 用電弧爐或礦熱電爐冶煉各種合金鋼、鐵合金或生產(chǎn)電石（碳化鈣）、黃磷時(shí)，強(qiáng)大的電流通過(guò)炭電極（或連續(xù)自焙電極-即電極糊）或石墨化電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)產(chǎn)生電弧，使電能轉(zhuǎn)化成熱能，溫度升高到2000℃左右，從而達(dá)到冶煉或反應(yīng)的要求。金屬鎂、鋁、鈉一般用熔鹽電解制取，這時(shí)電解槽的陽(yáng)極導(dǎo)電材料都是采用石墨化電極或連續(xù)自焙電極（陽(yáng)極糊、有時(shí)用預(yù)焙陽(yáng)極）。熔鹽電解的溫度一般在1000℃以下。生產(chǎn)燒堿（氫氧化鈉）和氯氣的食鹽溶液電解槽的陽(yáng)極導(dǎo)電材料，一般都用石墨化陽(yáng)極。生產(chǎn)金剛砂（碳化硅）使用的電阻爐的爐頭導(dǎo)電材料，也使用石墨化電極。 除上述用途外，炭和石墨制品作為導(dǎo)電材料廣泛用于電機(jī)制造工業(yè)作為滑環(huán)和電刷，以及用作干電池中的炭棒或產(chǎn)生弧光用的弧光炭棒，水銀整流器中的陽(yáng)極等。 2耐火材料 由于炭素制品能耐高溫和有較好的高溫強(qiáng)度及耐腐蝕性，所以很多冶金爐內(nèi)襯可用炭塊砌筑，如高爐的爐底、爐缸和爐腹，鐵合金爐和電石爐的內(nèi)襯，鋁電解槽的底部及側(cè)部。許多貴重金屬和稀有金屬冶煉用的坩堝、熔化石英玻璃等所用的石墨坩堝，也都是用石墨化坯料加工制成的。 3耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料 經(jīng)過(guò)有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)樹(shù)脂浸漬過(guò)的石墨材料，具有耐腐蝕性好、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點(diǎn)，這種浸漬石墨又稱為不透性石墨。它大量應(yīng)用于制作各種熱交換器、反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵等設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油煉制、石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維，造紙等工業(yè)部門(mén)，可節(jié)省大量的不銹鋼等金屬材料。 4耐磨和潤(rùn)滑材料 炭素材料除具有化學(xué)穩(wěn)定性高的特性外，還有較好的潤(rùn)滑性能。在高速、高溫、高壓的條件下，用潤(rùn)滑油來(lái)改善滑動(dòng)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℃溫度下的腐蝕性介質(zhì)中并在很高的滑動(dòng)速度下（可達(dá)100m/s）不用潤(rùn)滑油而工作。因此，許多輸送腐蝕性介質(zhì)的壓縮機(jī)和泵廣泛采用石墨材料制成的活塞環(huán)、 密封圈和軸承。它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)需加入潤(rùn)滑劑。這種耐磨材料是用普通的炭或石墨材料經(jīng)過(guò)有機(jī)樹(shù)脂或液態(tài)金屬材料浸漬而成。石墨乳劑也是許多金屬加工（拔絲、拉管等）的良好潤(rùn)滑劑。 5高溫冶金及超純材料生產(chǎn)用的結(jié)構(gòu)材料 如生產(chǎn)單晶硅用的晶體生長(zhǎng)坩堝、區(qū)域精煉容器、支架、夾具、感應(yīng)加熱器等，都是用高純度石墨材料加工而成的。用于真空冶煉中的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管、棒、板、格柵等元件，也是用石墨材料加工制成的。 6鑄模、壓模材料 炭素材料的熱膨脹系數(shù)小，而且耐急冷急熱性好，所以可以用作玻璃器皿的鑄模和黑色金屬及有色金屬或稀有金屬的鑄模。用石墨鑄模得到的鑄件，尺寸精確，表面光潔，不加工即可直接使用或只要稍加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金（如碳化鎢）等粉末冶金工藝，通常用石墨材料加工壓模和燒結(jié)用的舟皿。 7原子能工業(yè)及軍事工業(yè)材料 石墨因?yàn)榫哂辛己玫闹凶訙p速性能，最早用于原子反應(yīng)堆中作為減速材料。鈾-石墨反應(yīng)堆是目前較多的一種原子反應(yīng)堆。原子反應(yīng)堆用的石墨材料必須具有極高的純度。為了降低石墨中的雜質(zhì)含量，在石墨化過(guò)程中通入鹵素凈化氣體。一些經(jīng)過(guò)特殊處理的石墨（如在石墨表面滲入耐高溫的材料）及再結(jié)晶石墨、熱解石墨，具有在極高溫度下較好的穩(wěn)定性及較高的強(qiáng)度重量比。所以，它們可以用于制造固體燃料火箭的噴嘴、導(dǎo)彈的鼻錐、宇宙航行設(shè)備的零部件。 除此之外，由于碳素材料具有十分突出的生物相容性和適中的機(jī)械性能，國(guó)內(nèi)外對(duì)新型醫(yī)用材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究一直是風(fēng)活躍。 總體來(lái)看，醫(yī)用碳素材料主要是作為假體植入到體內(nèi)修復(fù)或替代被破壞的器官的功能。一方面，醫(yī)用碳素材料是一種化學(xué)惰性材料，具有良好的生物相容性，在體內(nèi)不會(huì)因被腐蝕或磨損，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)集體有害的離子，低溫?zé)峤馔蕴歼�具有罕見(jiàn)的抗血凝性能，可直接應(yīng)用于心血管系統(tǒng)；另一方面，與金屬材料相比，醫(yī)用碳素材料又具有良好的"生物力學(xué)相容性"，尤其是碳纖維問(wèn)世以來(lái)，碳/碳復(fù)合材料，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂等多種高性能結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，它們可容高強(qiáng)度低模量于一身，并具有良好的抗疲勞性能，因此醫(yī)用碳素材料作為修復(fù)和替代受損骨組織的材料已較為廣泛地應(yīng)用于骨傷外科。 |
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