ВСТУП
Всі види вуглеграфітовихматеріалів виробляються на основі вуглецю. Асортимент виробів вельмичисленний, а кожен вид характеризується оригінальними властивостями.
Основну роль у створеннітакого різновиду виробів грають насамперед вуглецеві речовини,зустрічаються в різноманітних формах, а також їх складна технологічнапереробка.
Пояснення великимрізноманітності фізичних властивостей різних видів вуглецевих матеріалів слідшукати в різній угруповання окремих кристалів, а також в специфічностікристалічної решітки графіту. Властивості готового продукту залежать не тількивід молекулярної, але і від дисперсної структури. Тому в залежності від ступенядисперсності, вироби будуть володіти різними властивостями навіть при великомусхожості в молекулярному складі.
1. Структура кристалаГрафіту
Структура графіту складаєтьсяз безперервного ряду шарів паралельних підстав площині гексагональнопов'язаних атомів вуглецю. Структура графіту є типовим прикладомшаруватої решітки. Кожна сітка (шар) товщиною в один атом являє собоюодну молекулу, що простирається через весь кристал.
Рис. 1 Кристалічнаструктура графіту: а) модель графіту, б) взаємне розташування шарів вгексагональної структурі
Дві структури характернідля графіту: гексагональна і ромбоедрична. В обох структурах основнимелементом є плоска сітка. Розташовуючи ці плоскі сітки в тій чи іншійзакономірності, можна створити ту чи іншу структуру графіту. Відстань міжшарами як в одній, так і в інший ідеалізованої структурі однаково.Отже, обидві структурні різновиди графіту будуть відрізнятися один відодного тільки закономірністю послідовного розташування плоских сіток.
В одній і тій же масіможуть бути присутніми обидві структури графіту. Причому найбільш поширеноює гексагональна структура, яка міститься в будь-якому графітовомуречовині (більше 80%). При високій температурі (більше 200 0 С)ромбоедрична модифікація перетворюється в гексагональну, чим і пояснюється,що штучні графіти складаються майже повністю з гексагональноїмодифікації.
Розташування плоскихшарів в гексагональної структурі підпорядковано наступної закономірності: двасусідніх шару зміщені один по відношенню до іншого на 14,17 нм, але впротилежну сторону. Отже в шарах, розташованих через один шар,атоми вуглецю будуть розташовуватися строго один під іншим. Якщо один шарпозначити через "А", а інший через "В", то послідовністьупаковки можна представити символом АВАВАВ .... На рис. 1 показана проекція такоїупаковки шарів.
Елементарною осередкомгексагональної структури графіту є пряма призма, в основі якоїлежить правильний ромб. Теоретична щільність при даній модифікації дорівнює2265 кг/м 3 .
Інша ідеалізованаструктура графіту, ромбоедрична, також складається з плоских шестикутнихсіток і також кожен шар по відношенню до іншого зрушать на 14,17 нм. Однакзакономірність чергування шарів інша. Якщо в гексагональної структурі єшари "А" і "В" в двох різних положеннях, то вромбоедричної структурі ці шари мають три різних положення. За аналогією зпопереднім, ромбоедрична решітку можна представити пакувальним символомАВСАВС ... або в кожному третьому атомі шарі атоми вуглецю розташовуються точно підпершим. Обробка гарячими сильними кислотами призводить до перебудови атомнихшарів і придушенню ромбоедричної структури з утворенням гексагональної.
2. КЛАСИФІКАЦІЯ ІЗАСТОСУВАННЯ вуглеграфітових матеріалів
Ще в недалекому минулому впромисловості вироблялися в основному для електротермічних іелектролітичних процесів, а також дрібні вироби електротехнічногопризначення - Електроуглі різних типів. В останні роки в електродної та електровугільніпромисловості освоєно широкий асортимент нових видів виробів з вугілля та графітуі дуже розширилися області їх застосування, що зажадало чіткої класифікаціївиробів.
Всі види вуглеграфітовихматеріалів можна розділити на наступні сім класів: електродні вироби,вогнетривкі вироби, хімічно стійкі вироби, електровугільні вироби,антифрикційні вироби, графітовані блоки і деталі для атомної енергетики,електродні маси.
2.1 ЕЛЕКТРОДНІ ВИРОБИ
Електродами називаютькінці струмопровідної проводки, які служать для введення струму в робочепростір різних приладів, печей, електролізерів.
Всі види електроднихматеріалів, які виробляє електродна промисловість, поділяються на чотиритипу: вугільні, коксові, графітові і графітовані.
До вугільним електродіввідносять такі, для виготовлення яких в якості основної сировини застосовуютьантрацит. Ці електроди характеризуються високою зольністю, високоюелектричним опором і низькою теплопровідністю.
Коксові електроди виготовляютьз малозольних коксів, вони характеризуються низькою зольністю (нижче 1%),високим електричним опором і малою теплопровідністю.
Графітові електродивиготовляють на основі природного і штучного графіту. Їх виробляютьнатомість вугільних.
графітованих електродіввиготовляють з малозольних коксів і піддають графітації, звідки івідбувається їх назва. Вони характеризуються низьким вмістом золи, володіютьвисокою теплопровідністю і електропровідністю.
Електродна продукція широкозастосовується у виробництві якісних сталей, алюмінію, штучнихабразивів, кольорових металів та ін Найбільшими споживачами єсталеплавильна, алюмінієва і хімічна промисловості.
У алюмінієвоїпромисловості при проведенні процесу електролізу оксиду алюмінію найважливішоюдеталлю електролізера є струмопровідна подини, яка повністювиготовляється з вугільних блоків. З таких же блоків викладаються бічністінки.
У хімічнійпромисловості графітові аноди головним чином застосовуються при електролізірозчину хлористого натрію.
2.2 вогнетривких виробів
Вуглецеві матеріалишироко застосовуються в будівництві самих різних типів печей, де вони зуспіхом замінюють застосовувалися раніше різні вогнетривкі матеріали. При високихтемпературах вуглецеві матеріали в силу їх специфічних властивостей тавідносної дешевизни незамінні при будівництві електричних печей іінших теплових агрегатів.
Найбільша кількістьвогнетривких вуглецевих матеріалів застосовується при будівництві доменнихпечей. Вуглецеві вогнетриви значно збільшують тривалість службипечі, забезпечують безпеку роботи, спрощують конструкцію печі і т.д.Переваги вуглецевих вогнетривів перед шамотнимі полягають у тому, що вонидобре протистоять агресивної дії рідкого чавуну і шлаків. Вугільніблоки мають більш високу теплопровідність, що покращує теплопередачу. Воникраще чинять опір стирання, ніж шамотна цегла.
Вугільні блокивиготовляють із застосуванням антрациту, за своїми характеристиками вони схожі звугільними електродами.
Серед дрібних фасоннихвогнетривких виробів слід назвати графітові човники для виробництва твердихсплавів, тиглі для плавки різних сплавів і т.д. До нових видів виробіввідносяться тиглі, човники та виливниці для плавки надчистих металів. Цівироби виготовляють з особливо чистих графітових матеріалів.
2.3 хімічно стійкіВИРОБИ
При невисокихтемпературах вуглеграфітових матеріалів вельми стійкі до впливубільшості хімічно агресивних речовин. Вони помітно руйнуються тількигарячими розчинами сильних окислювачів. Крім високої корозійної стійкості,графіт володіє іншими цінними властивостями: гарною теплопровідністю, малоюкоефіцієнтом теплового розширення і стійкістю до різких змін температури, атакож здатністю не адсорбувати накип і забруднення інших металевих інеметалевих речовин, які містяться в агресивних середовищах. Ці властивостіроблять графіт незамінним матеріалом для виготовлення різних деталей іапаратів хімічної промисловості.
Всі види вуглеграфітовихматеріалів достатньо міцні і добре обробляються різальним і шліфуютьінструментом, що дозволяє щільно приганяти деталі апаратури і навітьвиготовляти точні деталі.
Ці властивості роблять графітхорошим конст...
