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機械工程材料:碳和石墨材料

2014-12-10 瀏覽量 3164

?????? 由碳元素組成的一類非金屬材料。碳元素有 3種異構體﹕一種是無定形碳﹐如木炭﹑焦炭﹑炭黑等﹔另兩種是結晶形碳﹐即石墨和金剛石。無定形碳經高溫處理可轉化為石墨。石墨在催化劑作用和高壓﹑高溫條件下又可轉化為金剛石。這也是人造石墨和人造金剛石的生產方法。
? ? ??碳元素的3種異構體﹐其原子的空間排列各不相同。石墨屬六方晶系﹐各層面由六角形環構成﹐層面與層面平行﹐呈有序的重疊晶體結構(圖1 石墨的晶體結構 )﹔金剛石屬立方晶系的四面體結構(圖2 金剛石的晶體結構 )﹔而無定形碳雖有微晶﹐但沒有像石墨那樣的有序排列。

分類?

? ? ?在機械工程中經常採用的碳和石墨﹐按組織結構可分為碳質材料和石墨材料。碳質材料是以石油焦﹑瀝青焦為原料。煤瀝青為黏結劑﹐經過混捏﹑壓製成形﹑加熱碳化而成。石墨按來源可分為天然石墨﹑人造石墨(包括特種石墨)兩種。天然石墨還有鱗狀和土狀兩種形態。人造石墨是由碳質材料再經2500℃以上高溫石墨化處理而成。特種石墨是用一般石墨經熱壓加工處理﹐或採用其他有機原料和特殊工藝而獲得。例如以熱固性樹脂經特殊熱處理而成的玻璃碳﹔以碳氫化合物在高溫下分解﹑沉積而成的熱解石墨﹔以鱗狀天然石墨經過酸處理﹐然后在高溫下高度膨脹而成的柔性石墨﹐以及以合成纖維製成的碳纖維和石墨纖維等。


特點和用途

? ? ? 金剛石堅硬耐磨﹐常用作磨料﹑切削工具和勘探鉆頭。碳質材料和石墨材料因具有各種不同的優良性能﹐已在機械﹑電機﹑冶金﹑化工﹑電子﹑航空﹑航天﹑火箭﹑原子能等技術領域中廣泛應用。一般人造石墨導電性好﹑耐熱﹐可用於製造電弧爐和電火花加工模具的電極﹔因潤滑耐磨﹐可用於製造密封圈﹑刮片﹑高溫軸承[軸承:軸承(“Bearing”,日本人稱“軸受”)是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數的部件。也可以說,當其它機件在軸上彼此產生相對運動時,用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數和保持軸中心位置固定的機件。]。以熱固性樹脂浸滲而成的不透性石墨﹐因耐化學腐蝕性優良﹐導熱性好﹐可用於化工設備中的換熱器﹑管道和配件。柔性石墨富於彈性﹐可用於製造高溫密封圈﹑填料﹑墊片。碳纖維﹑石墨纖維的強度很高﹐可用作以樹脂﹑金屬﹑陶瓷﹑碳等為基體的復合材料的增強材料。多孔石墨能耐高溫﹐耐腐蝕氣體和液體的侵蝕﹐可用作高溫隔熱材料和過濾材料。不含硼和稀土元素的高純度核石墨因不吸收中子﹐能使中子減速而用於原子反應堆中。熱解石墨由於導熱異向比大﹐可用作火箭噴嘴的喉襯﹑核燃料涂層﹔因定向度高可用於大功率發射管的柵極。人造石墨還可用作銅﹑鋁的壓鑄模和電子元件燒結模﹔碳磚﹑碳塊可用作煉鐵高爐﹑鐵合金大電爐的爐襯﹔用玻璃碳可製作旋轉密封的輔助面和激光技術中的電極等。至於天然石墨﹐因雜質含量大﹐一般只用於製造冶煉用坩堝﹑砂型涂料﹐或作為原料﹐經過精製﹐用於液體潤滑劑和柔性石墨等。

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