Технологія виготовлення виробів з вуглецевих та графітових матеріалів
Потім отримані порошки змішують у змішувальних машинах зі сполучною речовиною у кількості до 25 мас. %, як якого застосовують кам'яновугільні смоли чи пеки. В результаті мають однорідну пластичну масу частинок порошку вуглецевого матеріалу з прошарками сполучного.
Підготовлену масу формують у пористі заготовки заданої форми та розмірів. Застосовують традиційні для сипучих порошкових матеріалів способи формування: холодне пресування в пресформах, гаряче пресування, ізостатичне пресування, екструзія та ін. . Отримані вуглецеві матеріали мають пористість 25...35% або 20...30% відповідно у разі застосування холодного або гарячого пресування.
За існуючою гіпотетичною моделлю структура вуглецевих матеріалів складається з пачок паралельно розташованих шарів, що складаються з атомів вуглецю. Між пачками знаходиться певна кількість вуглецю, невпорядкованого у шарі (рис. 42). Окремий вуглецевий шар являє собою сукупність шестикутних циклів з атомів вуглецю,
пов'язаних між собою подвійними ковалентними
зв'язками. Вуглецеві паралельні шари з'єд-
няються в пачки діючими між ними
слабкими міжмолекулярними силами Ван – дер –
- Ваальса. Упорядкованості у взаємному роз-
положенні шестикутних циклів з атомів
Мал. 42. Гіпотетична пачечна вуглецю у сусідніх вуглецевих паралельних
структура вуглецевого матеріалу шарів у пачці немає.
Залежно від природи вуглецевих матеріалів кут розорієнтування шарів між сусідніми пачками може бути малим (кокси з коксівних)вугілля, нафтові кокси) або великим (деревне вугілля, цукрове вугілля).
Графітові матеріали.Графіт отримують штучним шляхом застосування додаткової теплової обробки виробів з вуглецевих матеріалів з малим кутом розорієнтування між сусідніми пачками. Така особлива теплова обробка називається графітацією. Графітові матеріали можуть бути отримані і способом формування та випалу порошків природного графіту або відходів його виробництва.
Розглянемо технологію виготовлення графітових виробів із вуглецевих матеріалів, тобто. графітацію. Отримані вуглецеві вироби піддаються нагріванню до високих температур 2700…3000 0 З багато днів у атмосфері аргону чи іншого середовища із засипкою металургійним коксом.
p align="justify"> Перетворення ниркової структури вуглецевого матеріалу в структуру з паралельних шарів з упорядкованим розташуванням шестикутних циклів з атомів вуглецю в шарах графітового матеріалу відбувається через ряд етапів.
Напершому етапіз підвищенням температури до 2000 0 С формується матеріал зтурбостратною структурою. Вона є паралельними шарами із шестикутних циклів атомів вуглецю у всьому обсязі фізичного тіла. Яка-небудь упорядкованість у відносному взаємному розташуванні циклів з атомів вуглецю в сусідніх паралельних шарах відсутня.
Таким чином, на даному етапі збільшується розмір вихідних пачок вуглецевого матеріалу як паралельно, так і перпендикулярно до шарових площин. Поліпшується взаємна орієнтація вуглецевих шарів та зменшується відстань між сусідніми паралельними шарами.
Ці процеси структурних змін розглядають як вдосконалення структури вуглецевого матеріалу, поліпшення впорядкованості послідовної упаковки.паралельних вуглецевих верств.
Надругому етапіпри нагріванні в інтервалі температур 2000...2600 0 С значно зменшується відстаньhміж сусідніми паралельними шарами з шестикутних циклів атомів вуглецю. Відносне зближення цих шарів оцінюють показникомступеня графітації:
деh– відстань між сусідніми паралельними вуглецевими шарами, нм; 0,344 нм – міжшарову відстань у вуглеці турбостратної будови; 0,366 нм – міжшарову відстань у бездефектному тривимірному монокристалі графіту.
У процесі другого етапу розвивається відносне впорядкування шестикутних циклів з атомів вуглецю у паралельних шарах. До кінця цього етапу у кожного наступного четвертого паралельного шару шестикутні цикли точно повторюють їхнє розташування в першому шарі. У двох проміжних шарах №№ 2 та 3 шестикутні цикли зрушені щодо першого шару на 1/3 та 2/3 діагоналі. Отже, позначаючи вуглецеві паралельні шари з циклів буквамиА(№ 1),В(№ 2),С(№ 3), маємо наступне послідовне розташування шарів :
Матеріал з таким розташуванням (чергуванням) вуглецевих шарів отримав назву «ромбоедричний графіт» (рис. 43).
нагрівання до 3000 0 З відстань між вуглець-
ними паралельними шарами в графітовому ма-
теріалі не змінюється. Зміни полягають
у тому, що відбувається впорядкування в розпо-
кладанні циклів вуглецевих паралельних шарів
Точне повторення розташування циклів від-
ходить в кінці третього етапу через один промі-
Мал. 43. Чергування шарів моторошний шар, в якому циклизміщені на 1/2
у ромбоедричному графіті діагоналі.Отже, позначаючи шари з
циклів літерами А (№ 1), Д (№ 2), отримуємо наступне чергування шарів:
Матеріал із цим чергуванням паралельних вуглецевих шарів називається «гексагональний графіт» (рис. 44). Це найбільш досконалий за своєю будовою різновид графітових матеріалів.
Мал. 44. Чергування шарів
у гексагональному графіті
Для активізації процесу графітації використовую-
ється додаток механічного тиску при
теплової обробки вуглецевих речовин (метод
термомеханічної обробки) і введення в уг-
леродні матеріали деяких речовин у вигляді
порошків металів Fe,Ni,Co та неметалів (ме-
(4>графітації ). Втод каталітичноїостанньому
у разі утворення рідких евтектик
типу Ме - МеС і МеС- Свиходять роз-