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石墨的特性及其在真空爐內(nèi)的應(yīng)用

來源：頂立科技 | 發(fā)布時間：2014-07-27 |

一、石墨的分類

1、按碳含量分類
分類	碳含量
高純石墨	≥99.9%
高碳石墨	≥94%
中碳石墨	≥80%
低碳石墨	≥50%
2、按成型方式分類
分類	備注
等靜壓石墨
模壓石墨
擠壓石墨
振實(shí)成型石墨
3、電極石墨按顆粒度分類
分類	粒度
細(xì)結(jié)構(gòu)石墨	＜0.8mm
中粗石墨	0.8mm
電極石墨	2~4mm

二、石墨的生產(chǎn)工藝

三、石墨的特性

1、真空爐常用石墨的物理、力學(xué)性能

主要性能	等靜壓石墨	模壓石墨	振實(shí)石墨	檢驗依據(jù)
電阻率	9~15μΩm	7~13μΩm	5~9μΩm	YB/T 120-1997 炭素材料電阻率測定方法
體積密度	≥1.8g/cm3，各向同性，均勻性好，邊緣與中心密度差約為0.5%	≥1.7g/cm3，與壓制方向和位置有關(guān)，均勻性差，邊緣與中心密度差約為10%	≥1.5g/cm3	YB/T 119-1997 炭素材料體積密度測定方法
抗壓強(qiáng)度	≥70MPa	≥70MPa	≥35MPa	GB/T1431-2009 炭素材料耐壓強(qiáng)度測定方法
抗折強(qiáng)度	≥35MPa	≥35MPa	≥17MPa	GB/T 3074.1-2008 石墨電極抗折強(qiáng)度測定方法
肖氏硬度	45~55	45~55	45~55
灰分	≤700ppm	≤700ppm	≤1000ppm
平均粒度	18~25μm	18~25μm	≤800μm
熱膨脹系數(shù)	≤5×10-6/℃	≤5×10-6/℃	≤5×10-6/℃	GB/T 3074.4-2003 石墨電極測定方法石墨電極熱膨脹系數(shù)（CET)測定方法
彈性模量	10~12GPa	10~12GPa	10~12GPa	GB/T 3074.2-2008 石墨電極彈性模量測定方法

2、石墨的電阻率

2.1、石墨的電阻率范圍

種類	電阻率（μΩ.m）
等靜壓石墨	9~15
模壓三高石墨	7~13
振實(shí)成型細(xì)顆粒石墨	5~9

2.2、電阻率與粒度、密度、石墨化度、灰分的關(guān)系

影響因素	電阻率
粒度	反比
密度	反比
石墨化度	反比
灰分	另外，通過增加不同的成分，可以很大程度調(diào)節(jié)石墨的電阻率

2.3、電阻率與溫度的關(guān)系

一般，根據(jù)熱平衡法計算設(shè)備的功率都是設(shè)備在最高溫度時的功率；

如用戶對升溫的速率要求比較快，則需要計算最快升溫速率時的功率輸出；

所以我們需要了解的是在工作中的發(fā)熱體真實(shí)電阻。但由于很多廠家都沒有高溫時測量發(fā)熱體真實(shí)電阻的能力，所以，一般進(jìn)行檢驗時檢測的為低溫時的電阻，再根據(jù)電阻溫度系數(shù)去推斷。

圖1：國產(chǎn)石墨電阻溫度關(guān)系曲線

圖2：進(jìn)口石墨電阻溫度關(guān)系曲線

3、石墨的表面負(fù)荷

3.1、石墨的表面負(fù)荷由溫度決定。建議當(dāng)溫度在1000℃左右連續(xù)運(yùn)行時，加熱區(qū)表面積的電負(fù)荷不超過35W/cm2；在短期運(yùn)行時，加熱元件的電負(fù)荷可在50W/cm2或以上；當(dāng)溫度超過1000℃時，電負(fù)荷應(yīng)降低。

3.2、石墨的表面負(fù)荷與溫度的關(guān)系

圖3：石墨表面負(fù)荷與溫度關(guān)系曲線

4、石墨的強(qiáng)度

4.1、石墨強(qiáng)度分析

石墨的強(qiáng)度越好，使用壽命越長，但成本越高，應(yīng)根據(jù)石墨在不同爐型、不同部位的使用特點(diǎn)，合理的選擇，以求達(dá)到最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計。

4.2、加熱元件在2600℃以下，隨著溫度的升高，其機(jī)械強(qiáng)度會進(jìn)一步增強(qiáng)，然而，當(dāng)溫度超過2600℃時，其機(jī)械強(qiáng)度便會逐漸下降。

4.3、溫度對石墨強(qiáng)度的影響

圖4：石墨的強(qiáng)度溫度曲線

4.4、強(qiáng)度對發(fā)熱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

A、從石墨的力學(xué)性能指標(biāo)可以看出，石墨的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)好于石墨的抗折強(qiáng)度，所以，在布置石墨發(fā)熱體時，盡量采用豎直向上的布置，可以改善石墨的受力環(huán)境，延長石墨壽命；

B、由于石墨有一定的熱膨脹量和較大的彈性模量，而本身強(qiáng)度不是太好，所以，一定要充分考慮石墨的熱膨脹；

C、懸掛件比承重件好；

D、一端自由延伸比兩端同時約束好；

E、兩端同時約束時一定要考慮至少一端有膨脹間隙；

5、化學(xué)性能

5.1、石墨抗氧化性能與現(xiàn)象

石墨在大氣中450℃開始劇烈氧化，氧化后在發(fā)熱體表面出現(xiàn)白色粉末；

氧化的部位往往出現(xiàn)在爐內(nèi)充氣口和排氣口。

5.2、石墨的氧化性與爐內(nèi)真空度的關(guān)系

A、真空度越高，越不容易氧化；

B、真空度較高時仍然氧化，則可能出現(xiàn)“過堂風(fēng)”，應(yīng)檢測設(shè)備的壓升率；

C、中低溫設(shè)備的氧化程度比高溫設(shè)備氧化更嚴(yán)重；

5.3、石墨與其它氣體的反應(yīng)溫度

氣體種類	明顯反應(yīng)溫度
氮?dú)猓ǜ稍锛儍簦?/span>	3000℃
氫氣	1100℃
氯氣	2800℃

6、石墨的沸點(diǎn)與升華

6.1、石墨的溶點(diǎn)3652℃,沸點(diǎn)4827℃

6.2、石墨在不同溫度下的蒸氣壓

圖5：石墨在不同溫度下的蒸汽壓

6.3、如何抑制石墨的升華

加熱元件可達(dá)到的溫度取決于其真空度。由于在2200℃以上石墨會發(fā)生升華，因此不建議真空下（＜10-3Pa）在超過2200℃的的溫度使用，但可以在3000的非氧化性，還原性、或保護(hù)性惰性氣氛中使用。

7、石墨的膨脹

7.1、石墨的膨脹系數(shù)

石墨的膨脹系數(shù)較小，一般為2×10-6Pa~6×10-6Pa之間，密度越大，膨脹系數(shù)越大，密度越小，膨脹系數(shù)越??；粒度越大，膨脹系數(shù)越小，粒度越小，膨脹系數(shù)越大。

7.2、石墨的膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系

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