Применение графитовых изделий
в различных отраслях промышленности с разнообразными условиями эксплуатации определяет специфику марок выпускаемого графита. Практически для каждой области применения, исходя из условий эксплуатации, создана своя марка графита.
В основном эти графиты изготавливаются из нефтяного кокса и каменноугольного пека. Принципиальная технологическая схема их производства включает следующие технологические процессы:
1. Подготовка нефтяного кокса к производству
(прокалка до температуры 1300°С, размол, рассев, тонкий помол).
2. Смешение различных фракций кокса и пека
в определенной пропорции для каждой марки.
3. Прессование заготовок из прессмассы в глухую матрицу
или через мундштук прошивного пресса.
4. Обжиг заготовок при температуре 800-1200°С.
5. Пропитка заготовок пеком в автоклаве.
6. Повторный обжиг заготовок при температуре 800-1200°С.
7. Графитация заготовок при температуре 2400-3000°С.
В зависимости от назначения материала и требуемых характеристик в процессе его производства используются различные сочетания перечисленных технологических процессов. Так, например, нефтяной кокс может использоваться в прокаленном или непрокаленном виде, количество обжигов может варьироваться от 1 до 5, пропитка производится каменноугольным пеком, растворами солей или пироуглеродом и т.д. На основе базовых марок графита путем их модифицирования создаются свойства, соответствующие области их применения. (Под модифицированием понимается пропитка заготовок каменноугольным пеком, насыщение и покрытие изделий пироуглеродом, пропитка водными растворами солей). Воздействие высокой температуры в сочетании с контролируемой активной газовой средой позволяет получать требуемый уровень чистоты. Графит, выпускаемый Московским электродным заводом, отличает высокая электро- и теплопроводность, коррозионная устойчивость, термостойкость, увеличение прочности при повышении температуры эксплуатации, хорошая обрабатываемость. По уровню чистоты эти графиты находятся на уровне графитов, выпускаемых ведущими изготовителями развитых стран мира.
Графит обладает хорошей электропроводностью. При повышении температуры электропроводность увеличивается. В связи с этим температурный коэффициент сопротивления графита, в отличие от металлов, для графита отрицателен. Теплопроводность
Теплопроводность у графита выше, чем у многих металлов, и уменьшается по мере повышения температуры. Теплопроводность графита зависит от конечной температуры обработки. Термостойкость
Графит не плавится, а сублимирует при температуре ~3900°К и выдерживает резкие перепады температур. Тепловое расширение
На величину коэффициента термического расширения графита в большой степени влияет его структура. Поэтому этот показатель специфичен для каждой марки графита и зависит от анизотропии материала и температуры. Смачиваемость
Графит не смачивается большинством расплавленных металлов и расплавленным стеклом. Окисляемость
В присутствии избытка воздуха графит начинает окисляться с заметной скоростью при 750°К. Температура начала окисления может несколько отличаться для различных марок графитов в зависимости от природы исходного сырья, содержания минеральных примесей и температуры термической обработки. Графит не растворяется в растворителях органического и неорганического происхождения, не взаимодействует со многими кислотами, растворами щелочей и солей. Механическая прочность
Прочность графита при растяжении, сжатии и изгибе повышается при повышении температуры до 2700°С, и только после этого начинает снижаться. Этим графит резко отличается от других материалов; его прочность при 2700°К примерно в 2 раза выше, чем при комнатной температуре. Анизотропия физических свойств
Физические свойства графита зависят от ориентации зерен кокса, из которых составляется рецепт. В свою очередь, на физические свойства графита влияет способ прессования. Графиту, прессование которого осуществляется методом экструзии, присуща четко выраженная анизотропия свойств. Зерна ориентированы перпендикулярно направлению прессования. Графиты, изготовленные методом штамповки и изостатического прессования, более изотропны, чем полученные методом экструзии. Чистота
Все графиты содержат в своем составе в большем или меньшем количестве минеральные примеси (золу). Специальная технология очистки графита позволяет снижать содержание золы до 10-4-10-5 % веса при содержании золы до 0,5% в исходных материалах. Обрабатываемость
Графит хорошо поддается механической обработке; его свойства и структура позволяют изготавливать изделия сложных форм, с малыми допусками и с высокой точностью. Сочетание такого количества положительных свойств в одном материале предопределило его исключительно широкое применение. Физико-механические свойства графитов различных марок
В таблицах №1 и №2 приведена спецификация марок и свойств графитов, выпускаемых Московским электродным заводом, для изготовления разнообразных изделий по чертежам потребителей. Представленные марки графитов являются результатом большой работы научных работников и специалистов производства. Знание свойств материала и непрерывное совершенствование технологического опыта, накопленного на протяжении многих десятилетий с начала производства изделий из графита, позволяют находить новые области его применения. При разработке нового изделия или использования его в новой области применения проводится тщательный анализ всех требований к изделию совместно с потребителем. Определяющими моментами при этом являются:
определение и выбор сырья;
разработка технологических процессов;
разработка контрольных параметров технологии испытания изделия у потребителя;
применение изделия в промышленных масштабах;
совершенствование изделия и технологии по данным промышленного производства.
Тесный контакт изготовителя и потребителя полезен, прежде всего, потребителю, позволяет плодотворно сотрудничать в деле повышения качества продукции и обеспечивает дальнейшее техническое и экономическое развитие производства.
| Свойства | Марка графита | ||||
| ГМ3 | ЗОПГ | ППГ | ППГ-О | СГМ | |
| Плотность, г/см3, мин. |
1,65 | 1,76 | 1,70 | 1,70 | 1,56 |
| Пористость, %, макс. |
26 | 24 | 24 | 24 | 30 |
| Предел прочности при сжатии, МПа |
27,4 | 36,2 | 35 | 35 | 22,5 |
| Предел прочности при изгибе, МПа |
9,8 | 16,7 | 16,7 | 16,7 | 10,8 |
| Предел прочности при растяжении, МПа |
5,5 | 10 | 8,9 | 8,9 | 5,6 |
| Удельное электро сопротивление Ом хмм2/м |
11 | 11 | 13 | 9 | 11 |
| Модуль упругости, н/нм2 |
5300 | 8900 | 6800 | 6800 | |
| КТР, 10-6 1/°К | 4,45 | 3,7 | 4,5 | 4,5 | 4,45 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/м°К |
120 | 190 | 140 | 140 | |
| Способ изготовления | экструзия | экструзия | экструзия | экструзия | экструзия |
| Содержание золы, % | 0,03 | 0,02 | 0,03 | 0,02 | 0,02 |
| Размеры заготовок, мм, не более |
400х1500 |
400х1500 |
400х1500 |
||
Таблица №1 (продолжение):
| Свойства | Марка графита | ||
| МГ | МГ-1 | МПГ-6 | |
| Плотность, г/см3, мин. |
1,50 | 1,65 | 1,65 |
| Пористость, %, макс. |
30 | 24 | 18 |
| Предел прочности при сжатии, МПа |
19,6 | 34,3 | 73,6 |
| Предел прочности при изгибе, МПа |
8,8 | 11,7 | 34,3 |
| Предел прочности при растяжении, МПа |
4,5 | 6,2 | 25,0 |
| Удельное электро сопротивление Ом хмм2/м |
18 | 13 | 15 |
| Модуль упругости, н/нм2 |
5500 | 6800 | 10000 |
| КТР, 10-6 1/°К | 4,5 | 4,5 | 5,3 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/м°К |
65 | 85 | 95 |
| Способ изготовления | штамповка | штамповка | штамповка |
| Содержание золы, % | 0,03 | 0,03 | 0,02 |
| Размеры заготовок, мм, не более |
170x140x80 85x85x160 | ||
Содержание примесей в графитах особой чистоты (% вес, не более)
Таблица №2 :
| Наименование | Высокочистые графиты класса ОСЧ-7-3 | |||||
| ГМ3 | МГ | МГ-1 | ЗОПГ | ППГ | УГЛИ | |
| Кремний |
5х10-4 | 5х10-4 | 5х10-4 | 5х10-4 | 5х10-4 | 5х10-4 |
| Железо | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 |
| Алюминий | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 |
| Магний | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 |
| Бор | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 |
| Медь | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 |
| Марганец | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 |
| Титан | - | - | - | - | - | - |
| Сера | - | - | - | - | - | - |
| Хлор | - | - | - | - | - | - |
| Размеры заготовок, мм, не более |
400х1500 |
400х1500 |
400х1500 |
|||
Таблица №2 (продолжение):
| Наименование | Чистые графиты класса ОСЧ-7-2 | |||
| ГМ3 | ЗОПГ | ППГ | УГЛИ | |
| Кремний |
6х10-3 | 6х10-3 | 6х10-3 | 6х10-3 |
| Железо | 6х10-3 | 6х10-3 | 6х10-3 | 6х10-3 |
| Алюминий | 1х10-4 | 1х10-4 | 1х10-4 | 1х10-4 |
| Магний | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 | 3х10-5 |
| Бор | 2х10-4 | 2х10-4 | 2х10-4 | 2х10-4 |
| Медь | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 |
| Марганец | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 | 1х10-5 |
| Титан | - | - | - | - |
| Сера | - | - | - | - |
| Хлор | - | - | - | - |
| Размеры заготовок, мм, не более |
4002х1500 |
4002х1500 |
4002х1500 |
|
Нагреватели
Лодочки
Тигли
Защитные чехлы и блоки для термопар и термометров
Графитовые литейные формы
Формы для отливок керамики и пресс-формы для порошковой металлургии Футеровочные плитки и блоки
Изделия для аппаратуры газового анализа
Раскатки (Пуансоны)
Детали из высокоплотного графита
Электрод - инструмент для станков искровой эрозии
Высокочистый графит