Главная -> Словарь

Углеродных материалов

Свойства искусственных углеродных материалов в очень большой степени зависят от пространственного распределения составляющих его атомов в кристаллической решетке. В углеродных материалах пространственное распределение атомов в зависимости от природы вещества и технологических способов его получения изменяются в широких пределах: от полностью хаотического до высокоупорядоченного.

В работе исследование упорядочения кристаллической структуры при нагревании проведено одновременно на углеродных материалах, отличающихся способностью к графитации: отформованных на нефтяных коксах, термоантраците, гидрате целлюлозы. У графитирую-щихся материалов при температуре выше 1600—1800 °С структура угле-

Графитация углеродов заключается главным образом в развитии и совершенствовании структуры внутри этих больших мозаик. По-видимому, в хорошо графитирующихся углеродных материалах внутри отдельной мозаики имеет место высоко ориентированное расположение базисных плоскостей , что способствует более быстрому росту диаметров слоев при графитации. Между различными мозаиками, из которых состоит микрочастица углеродного материала, правильная ориентация может не сохраняться , что приведет, в среднем, к отсутствию высокой текстуры по всему объему макрообразца.

ских веществ сопровождается уплотнением их структуры, что приводит к усадкам и развитию усадочных трещин. В результате этих процессов в твердом углеродном остатке карбонизации одновременно с атомно-' молекулярной структурой формируется пористость, причем размер пор имеет широкий диапазон: от молекулярного до достаточно крупного. Таким образом, пористость присутствует во всех углеродных материалах, что и оказывает существенное влияние на их свойства.

где г — радиус пор , заполняемых ртутью при давлении Р, Па; а -поверхностное натяжение ртути, Н/м; в — угол смачивания ртутью поверхности углеродных материалов, град. В большинстве работ для углеродных материалов этот угол принят равным 140—142°. С помощью ртутного поромера в принципе можно определять все размеры пор, присутствующих в углеродных материалах, но конструктивные особенности применяемых дилатометров, в которых над образцом имеется стол ртути высотой 15—20 см, ограничивают максимальные размеры определяемых пор величиной около 35 мкм. Применение дилатометров измененной конструкции, например с измерительным капилляром, изогнутым таким образом, что образец в начальный момент находится на одном уровне с верхней отметкой ртути, может расширить измеряемый диапазон пор в области больших размеров. Минимальный размер пор, определяемый ртутным порометром, по литературным данным, составляет 1—1,5 нм. Однако в работе указывается, что превышение давления ртути над определенным, зависящим от структуры углеродного материала и оцениваемым авторами в 20—50 МПа для разных материалов, может привести к разрушению структуры. Ранее на активных углях было показано, ч°го таких разрушений не наблюдается вплоть до 80 МПа. Видимо, для углеродных материалов, имеющих неоднородную пористую структуру, разрушения могут иметь место в случае заполнения крупных пор, рядом с которыми расположены еще не заполненные тонкие поры. На активных углях с равномерной структурой этого могло не наблюдаться. Таким образом, ртутная порометрия позволяет определять поры от 10 до 35000 нм. •

При относительно небольших давлениях 1—5 МПз эти изменения невелики. Увеличение давления прессования до 20 МПа приводит к резкому уменьшению эффективного радиуса. Из этих данных, кроме того, видна роль гранулометрического состава. Так, у образцов, изготовленных на непрерывном гранулометрическом составе, при одинаковых других показателях средний эффективный размер пор в два раза меньше, чем у образцов, изготовленных на гранулометрическом составе монофракции. При формировании пористости в углеродных материалах давление прессования оказывает большее влияние на общую пористость, а гранулометрический состав — на распределение-пор по размерам: Также было показано, что открытая пористость уменьшается с ростом давления прессования, приближаясь к постоянной величине при давлениях: выше 25 МПа.

В зависимости от способа прессования углеродных материалов пористость "зеленых" заготовок может быть значительной, как это имеет место в материалах холодного прессования, или же весьма малой, характерной, для материалов горячего прессования. Образование пористости в углеродных материалах происходит на стадии карбонизации, когда связующее деструктирует, и из органического вещества формируется твердое углеродное тело. Кажется, что при этом в первую очередь долж-

Изучалось развитие пористости при карбонизации в углеродных материалах . В качестве объектов исследования были взяты образцы, вырезанные из промышленных заготовок непосредственно после прессования. Для этого использованы основные представители материалов, выпускаемых промышленностью, а именно: крупнозернистый материал горячего прессования типа ГМЗ, получаемый продавливанием через мундштук; материал близкого гранулометрического состава, но прессованный в пресс-форму; материал холодного прессования, прессованный в пресс-форму, на прокаленном коксе и на непрокаленном коксе .Образцы каждого материала вырезали из одной заготовки в форме цилиндров диаметром 10 и длиной 25 мм. У заготовки удаляли внутреннюю и наружную части, чтобы получить образцы из наиболее стабильной по свойствам части.

Наличие пористости в углеродных материалах сказывается на многих его свойствах. Прочность, модуль упругости, электросопротивление, теплопроводность и другие свойства в той или иной мере зависят от пористости и ее характеристик. Наиболее полное исследование взаимосвязи между пористостью графита и его свойствами проведено в работе Хат-чеона Дж. и Прайса М., где приведены эмпирические зависимости между свойством материала и показателями, характеризующими его пористость. Экспериментальные данные получены на образцах, в которых отличие по объему пор обеспечивалось изменением количества связующего, а также многократными пропитками.

Наряду с макропорами в углеродных материалах присутствуют микропоры, на что указывается многими исследователями. Оценка размеров микропор разными авторами показывает, что эти микропоры имеют молекулярные размеры . Образование микро-.., пористости происходит при карбонизации и имеет максимум при 900 °С , а затем объем микропор резко уменьшается. Предполагают, что микропоры расположены на стыке между кристаллитами. Расчет расстояния между стыкующимися кристаллитами показал, что оно составляет 0,3—0,8 нм, что по порядку величины совпадает с размерами пор, определяемых в углеродных материалах.

В углеродных материалах с повышением температуры обработки удельная поверхность пор первоначально увеличивается, а затем уменьшается . В этом случае высота максимума и его положение определяются графитируемостью материала, которую оценивали по уровню, достигаемому периодом решетки с при высокотемпературной обработке в области 2600—3000 °С. По мере улучшения графитируемо-сти максимум уменьшается по высоте и сдвигается в область более низких температур обработки от 2500 до 1400 °С . Для пиро-литического графита и Ер он лишь намечается около 1400°С. Правее максимумов с дальнейшим повышением температуры обработки величина удельной поверхности уменьшается и стремится к некоторому предельному значению. Последнее для высокосовершенного пирографита близко к нулю. Удельная поверхность материала Ер до 1900 °С также стремится к этому пределу. Однако,,видимо, из-за резкого различия в графитируемости его компонентов — природного графита и кокса, при термообработке выше 1900 °С происходит отслаивание периферийных плоскостей от образовавшихся кристаллитов с последующей деформацией плоскостей и с образованием дополнительной замкнутой пористости.

энергоносителей и углеродных материалов................................................9

Пособие «Физико-химическая технология глубокой переработки нефти и газа» предназначено для студентов высших учебных заведений по специальности 25.04.01 «Химическая технология топ — лива и углеродных материалов», а также для студентов других специальностей, изучающих курс технологии переработки нефти и газа Книга будет полезна для повышения квалификации инженеров-технологов, для подготовки бакалавров, магистров и кандидатов наук, для научных сотрудников научно-исследовательских и проектных институтов в области нефтепереработки.

углеродных материалов"

Таким образом, проведенные исследования показывают, что при введении в пиролизные пеки нафталина и флуорена улучшаются их пластические свойства, что позволяет рекомендовать фяуорен и нафталин в качестве пластификаторов при производстве углеродных материалов на основе коксо-пековых композиций.

Справка о компании: Мы выполняем поставки углеродных материалов для алюминиевых и электродных заводов с 1993 года. Офис в С.-Петербурге, во Всероссийском алюминиево-магниевом институте. В основном производились поставки по импорту, в последние 2 года - экспорт нефтекокса. Поставлялся нефтекокс из Северной и Южной Америки, Европы, Японии, Китая. Экспорт в Европу.

технологии. Достаточно отметить такие уникальные свойства углеродных материалов, как высокая прочность, износо- и термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред и радиации. Изделия, изготовленные из углеродных композиционных материалов, находят применение в большом ряде отраслей промышленности.

Технологические факторы процессов прокаливания и диапазоны их исследования определяются дифференцированно. Так, для коксов, используемых в производстве анодов, формируемых и расходуемых при температурах 950-1100 °С, представляет интерес исследование превращений коксов в диапазоне температур до 1200-1300°С. Для графитированных и конструк-ционных углеродных материалов, формируемых при температурах до 3000 °С, представляет интерес исследование во всем диапазоне температур, включая графитацию. Созданная в институте методологическая база позволяет проводить исследования при всех этих температурных условиях.

Исследованиями зарубежных и отечественных ученых установлено, что эксплуатационные свойства углеродных материалов находятся в прямой зависимости от структуры и, в частности, кристаллической структуры нефтяных коксов. При высокотемпературной обработке нефтяных коксов при прокаливании и графитации происходит целый ряд физико-химических превращений, в результате которых несовершенный по своей структуре кокс перестраивается в кристаллический материал с трехмерно упорядоченной структурой. Особый интерес представляет перестройка тонкой кристаллической структуры, так как многообразие переходных форм углерода, многообразие свойств углеграфитовых материалов определяется сочетанием углерода в различных гибридных состояниях с разным типом углерод-углеродных связей, а также надмолекулярной структурой, определяемой ориентацией графитовых слоев и степенью их совершенства.

Авторами разработан комплекс методик рентгеноструктурного анализа и выполнены исследования различных видов нефтяных коксов с оценкой тонкой кристаллической структуры, структуры надмолекулярной организации коксов, взаимосвязи получаемых рентгеноструктурных характеристик с эксплуатационными характеристиками промежуточных и конечных углеродных материалов. При разработке методик исследовано большое количество промышленных коксов разной структурной организации, проведено сопоставление рентгеноструктурных характеристик с данными других методов, исполь-зуемых при оценке качества коксов. В данной обзорной статье, для

Материал изложен применительно к программе курса "Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии" для студентов-механиков, обучающихся по направлению "Оборудование и агрегаты нефтегазового производства" по специальности "Оборудование нефтегазопереработки", а также для студентов технологических специальностей "Химическая технология органических веществ" и "Химическая технология топлива и углеродных материалов".

В работе сообщается, что химическое агрегирование кристаллитов нефтяного углерода до норм, требуемых электродной промышленностью,' происходит в интервале 500—1100°С. Такая температура прокаливания нефтяных коксов может быть обоснована и другими соображениями..Во избежание структурно-механических изменений углеродных материалов в условиях электролиза температура их прокаливания должна быть не ниже максимальной температуры , при которой используется анодная продукция .