碳素思考题及答案

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1、思考题1.表征炭石墨材料晶体结构参数有哪些？各表示什么物理意义。答：d002层间距：石墨六角网状层结构层间距离；La：石墨晶体沿平面a方向的平均大小；Lc：石墨平面沿与其垂直的c轴方向进行堆积的厚度；P：石墨化程度2.简述炭石墨材料的结构多样性？答：炭材料结构具有多样性，具体表现在几个方面：（1）C-C键的键和方式：碳原子有三种杂化方式；（2）六角面网大小及其积层形式：随热处理温度的升高，微晶生长，构成微晶的六角面网的积层形式逐渐向具有规则取向的石墨结构变化；（3）微晶取向：不同的取向形式与取向程度与碳材料的物性有很大关系；（4）集合组织：不同的组

2、织集合，进一步影响材料的多样性。3.简述炭石墨材料的主要性能特点。答：（1）.高导电性：导电性与铁相当。（2）.高导热性：导热性接近铜。（3）.耐高温性：最耐高温的材料之一，常温下没有熔点，4000℃开始升华。（4）自润滑性：在一定湿度下润滑性能好，但在真空干燥环境中润滑性能下降。（5）耐腐蚀性：耐酸、碱和有机溶剂的腐蚀，但不耐强氧化性酸的腐蚀。（6）易氧化性：在450℃的热空气中开始氧化。（7）抗热震性：热膨胀系数小，温度急剧变化不易产生裂纹和破坏。4.简述炭石墨材料物理化学性能及其利用该性能的主要应用领域。答：一．真密度：指不包括孔隙在内材料单

3、位体积的物质质量，常用的测定方法是溶剂置换法，其他方法有气体置换法．Ｘ射线衍射测定法．炭素材料的真密度反应其石墨化程度。二．密度：即体积密度．三．孔隙率：分闭合孔，开口孔，贯通孔三种类型．四．机械强度：抗压强度，抗拉强度，抗折强度．五．弹性模量：材料在弹性变形范围内，应力和应变的比值称为弹性模量．六．电阻率：影响因素：１.原料，２.成品最终热处理温度，３成品的密度，４电阻率与测试温度，５.石墨制品电阻率的各向异性．七．热导率：即材料试样在单位温度梯度下，单位面积在单位时间内传递的热量．八．热膨胀系数：即材料受热后膨胀程度的度量．九．抗热震性：即热稳

4、定性．十．灰分．十一．抗氧化性．5.简述石墨电极的损耗类型及影响电极消耗的因素。答：石墨电极主要用于电弧炼钢炉，其损耗的主要类型有：正常消耗：弧光消耗（蒸发消耗）：由于电极和炉料之间产生产生电弧，温度高达3000℃以上，因此电极端部出现持续的电极消耗；化学消耗：电极与钢渣中的铁钙锰等氧化物作用或与钢水中的铁反应而被消耗；氧化消耗：电极与炼钢过程中的氧气、水汽反应而产生的消耗；非正常消耗：机械、人为的折断，接头脱扣、扣内严重氧化以及接头膨胀将电极胀裂等。影响电极消耗的因素：1)电阻率：电流相同时,电阻率越大，电极温度越高，氧化速度也越快，电极消耗速度

5、增加。2)电极的石墨化程度：电极的石墨化程度越高，抗氧化性越好，电极消耗就较小3)体积密度：石墨电极的机械强度、弹性模量、热导率随体积密度的提高而增大，电阻率、气孔率随之增加而减小，随着电极体积密度的提高，电极消耗减少。1)机械强度：一般来说，随抗压强度的增加，抗热应力的能力强，所以电极消耗下降，但是抗压强度太高时，热膨胀系数会增高。2)接头质量：接头是电极的薄弱环节，它比电极本体更容易损坏，常会出现电极丝底断裂，接头中间断裂和接头松动脱落。1.简述制备高密度高纯度各向同性石墨材料的主要技术途径。答：制备高纯度石墨:制备工艺与普通石墨大体相同，但必

6、须选用灰分低于0.15%的原料，多数采用模压和等静压成型，石墨化程度高，并在石墨化过程中通入卤素气体，以降低杂质含量。高密度各向同性石墨制造工艺基本上可分为一元系和二元系：一元系：原料用单一的骨料，如硬质球状沥青焦，沥青中间相球体，特殊处理的石油焦二元系：用细粒骨料+粘结剂，如菲焦+沥青粘结剂为了达到高密度各向同性在工艺上采取如下措施：（1）采用热处理时收缩率大的骨材，各向同性骨材，添加炭黑，采用炭化收率高的粘结剂，也可用加压炭化或在粘结剂中加入硫或者硝基化合物，以促进缩合（2）在一元系法时，尽可能使用细颗粒，如150μm一下，使粒度配比适宜以达到

7、最大填充密度。（3）采用等静压成型或摩擦冲击成型（4）石墨化时使制品在高温下长时间保温或在高温下通入卤素气体以降低杂质含量2.简述影响石油焦质量的主要因素。（1）灰分：石油焦中的灰分杂质主要来源于原油中的盐类杂质。生产一般炭素制品的石油焦要求灰分不高于0.5%，生产高纯制品的石油焦要求灰分不高于0.15%（2）硫分：石油焦中的硫来源于原油，存在形式可以分为有机硫和无机硫两种，硫是有害元素，1800℃时大量逸出，出现晶胀、气胀开裂（3）挥发分：挥发分的含量是石油焦焦化成熟程度的标志，它与碳素制品的最终质量虽然没有直接关系，但是对煅烧操作影响很大（4）

8、真密度：石油焦在1300℃温度下煅烧后的真密度大小，可作为其石墨化难易程度的表征。一般认为，石油焦煅烧后真密度越大，则越容