石墨制品生产新工艺新技术5.pdf

1、! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !“第 五 篇机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产新 工 艺 新 技 术第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产新 工 艺 新 技 术 概 述由 于 碳 石 墨 材 料 具 有 独 特 性 能 ， 使 它 一 经 在 机 械 工 业 中 应 用 ， 就 具 有 强 大 的 生 命 力 。特 别 是 运 转 在 高 温 （ 或 超 低 温 ） ， 强 腐 蚀 介 质 中 的 机 械 设

2、备 ， 由 于 使 用 碳 石 墨 机 械 零 件 ， 使润 滑 和 耐 腐 蚀 问 题 获 得 了 圆 满 解 决 ， 因 其 发 展 速 度 很 快 ， 仅 几 十 年 的 时 间 ， 碳 石 墨 材 料 已变 成 机 械 制 造 工 业 中 的 通 用 材 料 之 一 。 目 前 广 泛 用 来 制 造 轴 承 、 活 塞 环 、 密 封 环 、 泵 及 阀的 部 件 、 保 护 套 、 支 座 、 防 爆 器 及 造 纸 机 中 的 吸 附 片 等 。对 机 械 工 程 中 使 用 的 碳 石 墨 制 品 ， 从 使 用 角 度 主 要 有 如 下 严 格 要 求 ：!） 制 品 具

3、有 不 透 性 ；“） 制 品 具 有 尽 可 能 大 的 减 磨 性 能 ；#） 制 品 具 有 良 好 的 热 传 导 性 ；$） 制 品 的 热 膨 胀 系 数 要 小 ；%） 制 品 具 有 很 高 的 耐 腐 蚀 性 能 ；左 右 为 止 ， 然 后 便 急 剧 下 降 ， 到 #(;时 ， 其 强 度 便 下 降 到接 近 )(;时 的 强 度 。 在 )*(;时 ， 石 墨 的 强 度 大 约 比 室 温 下 增 大 一 倍 ， 此 温 度 下 的 强 度和 比 强 度 是 其 它 材 料 所 无 法 比 拟 的 。(!第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新

4、工 艺 新 技 术碳 石 墨 材 料 的 晶 体 结 构 决 定 了 强 度 也 和 其 他 性 能 一 样 ， 存 在 着 明 显 的 各 向 异 性 ， 如图 ! “ # 所 示 。图 ! “ # 石 墨 材 料 的 机 械 强 度由 上 述 曲 线 可 见 ， 碳 石 墨 制 品 的 抗 压 强 度 约 为 抗 拉 强 度 的 # $ % 倍 ， 约 为 抗 弯 强 度 的& $ 倍 。 故 应 尽 可 能 利 用 石 墨 件 抗 压 强 度 高 的 特 性 ， 而 避 免 使 其 受 拉 应 力 的 作 用 。 这 一点 与 金 属 材 料 不 同 ， 金 属 材 料 的 抗 压 、

5、抗 弯 和 抗 拉 强 度 基 本 相 同 。由 图 可 见 ， 碳 石 墨 材 料 属 于 脆 性 材 料 ， 缺 乏 塑 性 变 形 。 因 此 表 示 弹 性 变 形 范 围 内 的应 力 与 应 变 之 间 关 系 的 虎 克 定 律 ， 对 于 碳 石 墨 材 料 仅 在 有 限 的 范 围 内 才 适 用 。 碳 石 墨 材料 的 断 裂 应 变 大 大 低 于 金 属 材 料 。 图 ! “ % 列 出 了 碳 和 钢 断 裂 应 变 的 比 较 。 由 于 碳 石 墨材 料 较 脆 ， 不 可 能 用 冷 塑 或 热 塑 法 加 工 ， 只 能 进 行 机 械 加 工 。图 !

6、 “ % 碳 和 钢 断 裂 应 变 的 比 较由 图 还 可 看 出 ， 碳 石 墨 材 料 机 械 强 度 的 数 值 还 取 决 于 测 量 方 向 ， 测 量 方 向 不 同 ， 所 得数 据 也 不 一 样 ， 具 有 很 明 显 的 方 向 性 ， 这 也 是 由 于 其 晶 体 结 构 所 决 定 的 。( 气 孔 率由 于 采 用 的 原 材 料 和 制 造 工 艺 所 决 定 ， 碳 石 墨 材 料 表 现 出 多 孔 性 。 碳 石 墨 材 料 的 气孔 是 由 碳 颗 粒 本 身 的 孔 隙 和 粘 结 剂 在 焦 化 后 形 成 的 孔 隙 所 组 成 。 一 般 情

7、况 下 不 大 于&%)， 这 个 数 值 中 包 括 % $ !*)用 肉 眼 看 不 见 的 微 孔 。 因 此 ， 作 密 封 材 料 使 用 时 ， 必 须 进!+第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述行 浸 渍 处 理 ， 把 多 孔 性 的 纯 碳 石 墨 材 料 变 成 不 透 性 材 料 。!“ 加 工 性 能纯 碳 石 墨 材 料 具 有 良 好 的 机 械 加 工 性 能 ， 能 加 工 成 高 精 度 和 高 光 洁 度 的 制 品 ， 也 能够 加 工 成 形 状 复 杂 的 制 品 。二 、 碳 石 墨 材 料 的 热

8、学 性 能#） 常 压 下 ， 碳 石 墨 材 料 不 熔 融 ， 在 $%& ( #) 时 直 接 升 华 。&） 具 有 较 高 的 热 传 导 性 能石 墨 材 料 与 大 多 数 非 金 属 材 料 相 比 ， 具 有 相 当 好 的 热 传 导 性 能 ， 加 上 它 的 不 熔 化 性能 ， 不 仅 有 利 用 于 电 气 和 机 械 ， 也 适 合 用 在 冶 金 方 面 ， 尤 其 是 作 为 模 具 材 料 。 碳 * 石 墨 制品 的 导 热 系 数 在 &+ 千 卡 ,米 时 度 左 右 ； 电 化 石 墨 材 料 的 导 热 系 数 在 % 千 卡 ,米 时 度左 右

9、。 而 铜 为 &! 千 卡 ,米 时 度 ； 铁 为 &- 千 卡 ,米 度 时 。$） 低 的 热 膨 胀 系 数碳 石 墨 材 料 的 热 膨 胀 系 数 低 。 因 此 碳 石 墨 零 件 尺 寸 稳 定 ， 不 易 随 温 度 而 变 化 。 如 果要 设 计 公 差 精 密 的 耐 磨 零 件 ， 最 好 采 用 石 墨 化 度 高 的 石 墨 材 料 ， 因 为 这 种 石 墨 材 料 的 热膨 胀 系 数 更 小 。 碳 石 墨 材 料 的 热 特 性 与 其 他 材 料 的 比 较 见 表 # * $。表 # * $ 碳 石 墨 材 料 的 热 特 性 与 其 它 材 料 的

10、 比 较材 料 名 称& . #/0之 间 的 线胀 系 数 （ #* %, 0）&0时 的 导 热 率（ 卡 ,厘 米 秒 度 ）#0时 的 比 热（ 卡 ,克 0）电 化 石 墨 & . ! “# . “$ “&* 石 墨 （ 焙 烧 ） $ . / “$ . “# “$铝 &! “/ “&!铁 #& “#+ “#%铜 #% “1& “1!-非 台 金 钢 #& . #$ “# . “#/ “#合 金 钢 #% “! “#&陶 瓷 + “+ “&/2345 复 合 材 料 ! . / “+ . “1 “&/&#-第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术

11、由 于 碳 石 墨 材 料 具 有 较 低 的 热 膨 胀 系 数 和 很 高 的 热 导 率 ， 因 而 它 也 具 有 良 好 的 耐 热冲 击 性 能 。三 、 碳 石 墨 材 料 的 化 学 性 能!“ 常 温 下 的 稳 定 性如 所 周 知 ， 碳 石 墨 材 料 在 常 温 下 都 是 化 学 性 能 稳 定 的 材 料 。碳 石 墨 材 料 几 乎 能 耐 所 有 有 机 介 质 的 浸 蚀 ， 下 述 工 业 的 中 间 产 品 和 成 品 均 在 此 列 ：石 油 化 工 、 煤 的 净 化 、 合 成 物 、 油 漆 、 染 料 、 药 品 、 化 妆 品 、 食 品 、

12、 摄 影 化 学 、 冷 冻 剂 、 抗 冻 剂等 。碳 石 墨 材 料 还 能 耐 无 机 介 质 的 侵 蚀 ， 如 绝 大 多 数 酸 碱 溶 液 、 各 种 盐 溶 液 及 绝 大 多 数工 业 气 体 。 但 具 有 强 烈 氧 化 作 用 的 酸 ， 如 铬 酸 、 硝 酸 、 浓 硫 酸 和 具 有 强 烈 氧 化 作 用 的 盐类 ， 如 #$%&$(、 )$%&$(等 除 外 。碳 不 能 抗 液 态 碱 的 腐 蚀 （ 如 钠 和 钾 ） ， 这 些 液 态 碱 与 碳 能 构 成 层 状 化 合 物 ， 会 使 在 使用 中 的 碳 石 墨 制 品 尺 寸 增 大 ， 甚

13、 至 导 致 破 坏 。碳 石 墨 材 料 不 能 抵 抗 混 合 酸 （ 硫 酸 与 硝 酸 之 比 为 *+$） 和 王 水 （ 盐 酸 与 硝 酸 之 比 为 *+!） 的 腐 浊 。$“ 高 温 下 的 化 学 活 性随 着 温 度 的 提 高 ， 碳 也 变 得 活 跃 起 来 。 无 定 形 碳 在 *,-.开 始 氧 化 ， 而 石 墨 材 料 在/,-.时 也 开 始 氧 化 ， 氧 化 后 变 成 % 或 %$气 体 跑 掉 ， 它 与 金 属 不 同 ， 不 会 形 成 研 磨 性的 固 体 氧 化 物 残 渣 。 尽 管 如 此 ， 碳 石 墨 材 料 的 应 用 还 是

14、 受 到 易 氧 化 性 能 的 限 制 。 人 造 石墨 材 料 所 允 许 的 最 大 环 境 温 度 在 空 气 中 为 /,-.， 在 水 蒸 汽 中 为 0,-.， 在 %$气 中 为(,-.， 如 果 在 保 护 性 气 氛 中 使 用 ， 其 允 许 的 使 用 温 度 更 高 。在 高 温 下 ， 碳 与 金 属 相 互 作 用 ， 生 成 碳 化 物 和 溶 解 于 能 生 成 碳 化 物 的 金 属 熔 体 中 。第 二 节 浸 树 脂 碳 石 墨 材 料 的 性 能前 已 述 及 ， 由 于 采 用 颗 粒 状 的 原 材 料 和 制 造 工 艺 上 的 特 点 ， 纯

15、碳 石 墨 制 品 （ 包 括 焙 烧的 碳 1 石 墨 制 品 和 电 化 石 墨 制 品 ） 都 具 有 一 定 的 孔 隙 度 （ 一 般 不 大 于 $,2） ， 具 有 气 体 或液 体 的 透 过 性 ， 作 为 密 封 材 料 使 用 这 是 不 能 允 许 的 。 为 了 提 高 碳 石 墨 制 品 的 密 封 性 能 和*!(第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述机 械 强 度 以 及 耐 磨 性 能 ， 通 常 采 用 合 成 树 脂 对 其 基 体 进 行 浸 渍 处 理 ， 将 碳 石 墨 材 料 变 成不 透 性 制 品

16、 。我 国 目 前 用 来 对 碳 ! 石 墨 材 料 和 电 化 石 墨 材 料 进 行 浸 渍 的 树 脂 有 酚 醛 树 脂 （ 代 号“） ， 环 氧 树 脂 （ 代 号 #） 和 呋 喃 树 脂 （ 代 号 $） 以 及 聚 四 氟 乙 烯 （ 代 号 %） 。表 & ! 浸 树 脂 碳 石 墨 材 料 的 牌 号 及 性 能类 别 型 号肖 氏 硬 度不 小 于抗 压 强 度公 斤 力 (厘 米)不 小 于抗 拆 强 度公 斤 力 (厘 米)不 小 于开 口 气 孔率 *不 大 于假 比 重克 (厘 米)不 小 于& ) + , - .浸渍碳石墨类/&0)“ ,0 &000 00

17、+10 &120/&0-# -0 &)00 ,00 )10 &1-0/&)0# -0 &000 ,0 )10 &1-,/&,)%# 20 &-00 ,0 )10 &1.0/&,3# -0 &)00 ,0 )10 &1-0/&0-$ .0 &-00 ,0 +10 &1-0/&)0$ .0 &)00 ,00 +10 &1-,/&,3$ .0 &00 ,)0 +10 &1-0浸渍电化石墨类/)0&“ 0 200 +,0 )1, &120/)0)“ , 3,0 00 )1, &12)/)02“ -, &)00 ,0 +10 &120/)&-“ 2 &000 +0 )4, &12/)0# -0 &+00

18、 ,00 &10 &12,/)+# .0 &-00 ,0 )10 &120/)+2# 0 200 00 )10 &12,/),)# , 200 00 +10 &1.,/),# 0 .,0 +,0 )10 &10/),# 0 200 +,0 )10 &120/).-# -0 &000 ,00 10 &12,/)# -0 200 00 ,10 &12,/).2# -0 300 ,0 ,10 &12,/),$ -0 &00 00 10 &12,/)+2$ ,0 &000 ,0 +10 &12,/),)$ 0 300 +,0 ,10 &120/),$ ,0 200 00 +10 &1.0/),$ 0

19、300 ,00 +10 &1.,/).-$ -0 300 ,0 10 &12,/)$ -0 200 +,0 ,10 &12,/).2$ -0 2,0 00 ,10 &12,&.第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术用 这 几 种 物 质 浸 碳 碳 石 墨 材 料 并 经 固 化 ， 其 性 能 有 很 大 的 变 化 。 现 将 浸 树 脂 碳 石 墨材 料 的 性 能 列 入 表 ! “ # 中 （ 根 据 $%&(# “ )! 的 规 定 ） 。浸 渍 树 脂 碳 石 墨 材 料 的 允 许 使 用 温 度 受 到 树 脂 耐 温 性 能 的 限

20、制 ， 比 纯 碳 石 墨 材 料 的允 许 使 用 温 度 低 得 多 。 浸 酚 醛 树 脂 的 碳 石 墨 材 料 的 使 用 温 度 一 般 不 允 许 超 过 !)*+； 浸环 氧 树 脂 碳 石 墨 材 料 的 使 用 温 度 可 达 !)* , &*+； 浸 呋 喃 树 脂 的 碳 石 墨 材 料 可 以 在&*+下 长 期 使 用 ， 但 不 得 高 于 &*+。碳 石 墨 材 料 因 浸 树 脂 的 种 类 不 同 ， 其 耐 腐 蚀 性 能 也 不 一 样 。 也 即 浸 渍 制 品 的 耐 腐 蚀性 能 ， 除 了 取 决 于 基 体 材 料 之 外 ， 主 要 取 决

21、于 浸 渍 剂 的 耐 腐 蚀 性 能 。 选 用 时 应 按 表 ! “ -、! “ . 和 ! “ / 进 行 选 择 。表 ! “ - 浸 酚 醛 树 脂 的 磺 石 墨 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能类 别 介 质 浓 度 ， 0 温 度 ， + 耐 蚀 性 能有机化合物丙 酮 !* 1 沸 点 耐甲 醇 !* 1 沸 点 耐乙 醇 - 1 沸 点 耐苯 !* 1 沸 点 耐苯 胺 !* 1 沸 点 耐甘 油 - 1 沸 点 耐“ 氯 化 苯 !* 1 沸 点 耐二 氯 乙 烷 !* 1 沸 点 耐四 氯 化 碳 !* 1 沸 点 耐四 氯 乙 烯 !* 1 沸 点 耐异 丙 醚 气

22、油 !* 1 沸 点 耐二 氧 杂 环 乙 烷 !* 1 沸 点 耐碱类氢 氧 化 钾 !* 常 温 尚 耐氨 水 任 何 沸 点 耐“ 乙 醇 胺 任 何 沸 点 耐-!/第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述类 别 介 质 浓 度 ， ! 温 度 ， “ 耐 蚀 性 能酸类盐 酸 任 何 # 沸 点 耐醋 酸 任 何 # 沸 点 耐甲 酸 任 何 # 拂 点 耐草 酸 任 何 # 沸 点 耐柠 檬 酸 任 何 # 沸 点 耐乳 酸 任 何 # 沸 点 耐配 石 酸 任 何 # 沸 点 耐油 酸 任 何 # 沸 点 耐磷 酸 # $% # 沸

23、点 耐硫 酸 &% # 沸 点 耐硫 酸 % # 沸 点 耐氢 氟 酸 # &$ # 沸 点 耐氢 氟 酸 &$ ( )* # $% 耐铬 酸 +* 常 温 尚 耐硝 酸 % 常 温 尚 耐氢 溴 酸 任 何 # 沸 点 耐盐类硫 酸 镍 任 何 # 沸 点 耐硫 酸 锌 , # 沸 点 耐硫 酸 铜 任 何 # 沸 点 耐硫 酸 铁 任 何 # 沸 点 耐硫 酸 钠 任 何 # 沸 点 耐硫 氰 化 胺 任 何 # 沸 点 耐氯 化 铜 任 何 # 沸 点 耐氯 化 亚 铜 任 何 # 拂 点 耐氯 化 铁 任 何 # 沸 点 耐氯 化 钠 任 何 # 沸 点 耐氯 化 锡 任 何 # 沸

24、点 耐氯 化 铵 任 何 # 沸 点 耐三 氯 化 钾 任 何 # 沸 点 耐卤类溴 水 饱 合 常 温 耐干 氯 气 # +* 常 温 耐其它尿 素 * 常 温 耐硫 酸 乙 脂 %* # 沸 点 耐)+第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术表 ! “ # 呋 喃 树 脂 浸 渍 的 碳 石 墨 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能介 质 浓 度 ， $ 温 度 ， % 时 间 ， 时 耐 蚀 性盐 酸 任 意 沸 点 & 耐硫 酸 () * ) +) & 耐硫 酸 , 沸 点 & 不 耐硝 酸 ) - & 耐水 醋 酸 ) , ,- 耐磷 酸 ,) 沸 点

25、 耐溴 酸 任 意 耐醋 酸 ! - 耐蚁 酸 任 意 沸 点 耐醋 酸 ) !- 耐氢 氟 酸 . 沸 点 耐氯 化 钠 / -&$硫 酸 耐氯 化 铵 . -) & 耐硫 酸 铵 ) , 耐苯 沸 点 ,- 耐乙 醇 工 业 沸 点 ,- 耐丙 酮 任 意 沸 点 耐硫 酸 铜 任 意 沸 点 耐氯 化 亚 铁 沸 点 耐氢 氧 化 钠 ! 沸 点 & 耐氢 氧 化 钠 - 沸 点 & 耐氢 氧 化 钠 . 沸 点 & 耐氢 氧 化 钠 ( 沸 点 & 耐甲 苯 ! + 耐甲 醇 +) # 耐二 氯 乙 烷 ! 沸 点 耐四 氯 化 碳 ! ! 耐氯 仿 ! 沸 点 耐三 氯 乙 烯 !

26、沸 点 耐醋 酸 乙 酯 ! # 耐甲 醛 ., # 耐二 硫 化 碳 ! # 耐二 氯 甲 烷 ! 沸 点 耐,!,第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述表 ! “ # 环 氧 树 脂 浸 渍 碳 石 墨 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能介 质 浓 度 $ 温 度 ， % 耐 蚀 性 能硫 酸 !& 室 温 耐硫 酸 & 室 温 尚 耐硫 酸 #& 室 温 不 耐磷 酸 !& 室 温 耐硝 酸 ( 室 温 不 耐铬 酸 !& 室 温 不 耐醋 酸 !& 室 温 尚 耐氨 水 !& 室 温 耐苛 性 钠 !& 室 温 耐苟 性 钠 )& 室 温 耐

27、隙 酸 钠 *& 室 温 耐甲 醇 !& 室 温 耐乙 醇 !& 室 温 耐丙 酮 !& 室 温 尚 耐苯 !& 室 温 耐甲 苯 !& 室 温 耐丁 酮 !& 室 温 尚 耐苯 胺 !& 室 温 不 耐氯 化 钠 *& 室 温 耐过 氯 化 氢 !& 室 温 不 耐甲 醛 !& 室 温 尚 耐二 氯 苯 !& 室 温 尚 耐硫 酸 铝 & 室 温 耐氯 化 铝 & 室 温 耐硫 化 铵 & 室 温 耐氯 化 铵 & 室 温 耐氯 化 苯 铵 *& 室 温 耐硫 酸 苯 *& 室 温 耐氯 化 铜 *& 室 温 耐硫 酸 铜 *& 室 温 尚 耐总 之 ， 对 于 碱 性 介 质 ， 通 常

28、选 用 浸 渍 呋 喃 树 脂 或 环 氧 树 脂 浸 渍 的 碳 石 墨 材 料 ， 而 对 于酸 性 介 质 ， 通 常 选 用 酚 醛 树 脂 浸 渍 的 碳 石 墨 材 料 。+!#第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术第 三 节 浸 金 属 碳 石 墨 材 料 的 性 能为 了 降 低 纯 碳 石 墨 材 料 的 气 孔 率 ， 提 高 密 封 性 能 、 提 高 制 品 的 机 械 强 度 、 特 别 是 为 了提 高 纯 碳 石 墨 制 品 的 耐 冲 击 韧 性 ， 常 用 一 些 耐 磨 性 能 好 的 易 熔 金 属 对 碳 ! 石

29、墨 材 料 和 电化 石 墨 材 料 进 行 浸 渍 处 理 。通 常 可 选 用 易 熔 金 属 （ 例 如 巴 氏 合 金 ） 、 铝 及 铝 合 金 、 铜 及 铜 合 金 、 锑 及 锑 合 金 等 材 料对 碳 石 墨 材 料 进 行 浸 渍 处 理 。表 “ ! # 浸 金 属 后 碳 石 墨 材 料 的 性 能金属种类制 品牌 号假 比 重克 $厘 米%不 小 于抗 折 强 度公 斤 力 $厘 米&不 小 于抗 压 强 度公 斤 力 $厘 米&不 小 于肖 氏硬 度气 孔 率不 大 于热 胀 系 数“(! )$ *使 用 温 度*浸渍易熔金属巴氏合金+“(), &-.( )/(

30、&( )( & /-/ &(+“&, &-%) /( “/( / & /-/ &(+“)“0 &-%( /( “.( / .-/ &(+&(“0 &-.( %/( #( .( %-/ &(+&(&0 &-%/ .( #/( ./ %-( &(+&(&,0 &-.( ./( “( ./ %-( &(+&(%0 &-&/ 1/( &/( 1( %-( &(+&(/0 &-%( )( “)( )( %-/ &(+&%&, &-%# 1( &( )( &-( /-/ &(浸渍铝+“&2 &-“( “/( %/( #( &-( # .(+“%2 &-“( “%( %( 1( &-( % .(+&%&2

31、&-“/ “( &/( /( &-( ) .(注 ： “- + 抗 磨 材 料 的 代 号 。&-, 用 巴 氏 合 金 浸 渍 ， 0 用 易 熔 金 属 浸 渍 ， 2 用 铝 浸 渍 。经 浸 金 属 处 理 后 ， 碳 石 墨 材 料 的 机 械 强 度 大 大 提 高 ， 提 高 的 程 度 视 浸 渍 金 属 的 种 类和 浸 渍 含 量 而 定 （ 见 表 “ ! #） 。 其 耐 温 性 能 则 视 所 浸 金 属 材 料 的 熔 点 而 定 。作 为 密 封 磨 损 元 件 现 广 泛 采 用 浸 渍 巴 比 特 或 易 熔 金 属 ， 用 这 些 材 料 浸 渍 的 碳 石

32、 墨 制品 不 透 水 不 透 气 ， 具 有 较 高 的 强 度 或 在 液 态 介 质 中 耐 磨 等 性 能 ， 但 其 使 用 温 度 却 受 到 限3“1第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述制 ， 其 允 许 使 用 温 度 为 !“#。用 锑 对 碳 石 墨 材 料 进 行 浸 渍 ， 其 允 许 的 工 作 温 度 可 达 $“#， 此 外 ， 由 于 锑 与 钢 对 磨时 不 易 粘 着 ， 故 能 够 在 加 大 负 荷 和 加 快 速 度 的 情 况 下 工 作 ， 其 耐 磨 性 能 可 提 高 ! % & 倍 。用 锑

33、浸 渍 的 人 造 石 墨 材 料 作 端 面 密 封 时 ， 经 多 次 试 验 证 明 ， 在 含 有 ! 克 (升 )*+,的 强 碱 性 介 质 中 、 在 “#的 温 度 下 工 作 -“ 小 时 以 上 ， 其 结 果 良 好 ， 磨 损 很 小 。经 浸 渍 金 属 处 理 后 的 碳 石 墨 材 料 的 性 能 列 于 表 - . /。由 于 所 浸 金 属 的 耐 腐 蚀 性 能 不 一 样 ， 浸 后 的 碳 石 墨 制 品 的 耐 腐 蚀 性 能 因 浸 渍 金 属 种类 不 同 而 有 差 异 ， 与 基 体 碳 石 墨 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能 也 不 一 样

34、（ 见 表 - . ） 。表 - . 浸 渍 金 属 后 碳 石 墨 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能介 质浓 度0纯 碳 石 墨浸 金 属 碳 石 墨巴 氏 合 金 铝 合 金 铜 合 金盐 酸 &1 2 . . .硫 酸 $“ 2 .!.硫 酸 / 2 . . .硝 酸 $“ 2 . . .硝 酸 强 2 . . .氢 氟 酸 3“ 2 . . .磷 酸 /$ 2 .!.铬 酸 -“ 2 . . .醋 酸 &1 2 . . .氢 氧 化 钠 $“ 2 . . 2氢 氧 化 钾 $“ 2 . . 2海 水 2 2 . 2苯 -“ 2 2 2 .氨 水 -“ 2 2 2 .丙 酮 -“ 2!2

35、2尿 素 2!2 .四 氯 化 碳 2 2 2 2机 油 2 2 2 2汽 油 2 2 2 2洼 ： 2 为 稳 定 ， . 为 不 稳 定 ，!为 尚 稳 定 。“!4第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术第 四 节 压 型 不 透 性 石 墨 的 性 能压 型 不 透 性 石 墨 是 以 石 墨 粉 为 基 料 、 以 合 成 树 脂 为 粘 结 剂 经 压 制 、 固 化 而 制 成 的 石墨 制 品 。 这 种 石 墨 制 品 致 密 无 孔 ， 具 有 良 好 的 化 学 稳 定 性 ， 可 作 耐 磨 材 料 使 用 。压 型 不 透 性 石

36、 墨 材 料 的 机 械 强 度 比 用 树 脂 浸 渍 的 碳 石 墨 材 料 的 机 械 强 度 高 ! “ !#$倍 。 它 的 缺 点 是 导 热 系 数 仅 是 同 类 树 脂 浸 渍 的 碳 石 墨 材 料 的 !%$ 左 右 ， 线 膨 胀 系 数 也 较大 。 因 此 ， 压 型 不 透 性 石 墨 材 料 对 较 高 温 度 的 作 用 更 为 敏 感 。 因 为 这 种 石 墨 材 料 的 树 脂含 量 远 远 高 于 浸 渍 石 墨 的 树 脂 含 量 （ 浸 渍 含 量 一 般 不 高 于 & “ (） 。 加 之 这 种 材 料 的 导热 系 数 低 ， 摩 擦 时

37、产 生 的 热 量 会 使 耐 磨 材 料 表 面 层 的 温 度 升 高 ， 特 别 在 高 速 和 高 压 条 件下 运 行 时 更 是 如 此 。 当 温 度 升 至 粘 结 剂 软 化 点 时 ， 其 摩 擦 系 数 急 剧 增 大 ， 当 温 度 继 续 升高 时 ， 会 使 摩 擦 材 料 遇 到 破 坏 。 在 单 位 压 力 为 $) 公 斤 力 %厘 米*的 条 件 下 对 压 型 不 透 性石 墨 材 料 所 作 的 耐 磨 试 验 表 明 ， 其 磨 损 率 的 增 加 情 况 不 成 比 例 ， 如 图 ! + 所 示 。图 ! + 压 型 石 墨 材 料 磨 损 率

38、与 运 行 时 间 的 关 系! ,- + *).*； * /01 + !因 此 。 在 高 速 高 压 条 件 下 ， 特 别 是 在 高 温 环 境 中 不 推 荐 采 用 这 类 石 墨 制 品 。 甚 至 在低 速 和 低 压 条 件 下 工 作 时 ， 也 必 须 设 法 使 热 量 从 摩 擦 面 导 出 。但 因 压 型 不 适 性 石 墨 材 料 生 产 周 期 短 、 造 价 低 、 制 造 简 单 ， 因 此 在 机 械 工 程 中 可 用 于制 造 运 行 23 值 很 低 的 耐 磨 件 （ 例 如 印 染 行 业 用 的 轴 承 等 ） 。 但 这 种 制 品 可 大

39、 量 用 于 化 工设 备 中 作 为 耐 腐 蚀 零 件 。!*4第 一 章 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术 概 述第 五 节 涂 覆 石 墨 材 料 的 性 能前 已 述 及 ， 石 墨 材 料 具 有 升 华 温 度 高 ， 在 高 温 下 机 械 强 度 大 ， 自 润 滑 和 耐 热 冲 击 性 能好 等 优 良 特 性 ， 但 在 含 氧 气 氛 中 高 于 !“#$情 况 下 即 被 氧 化 。 为 了 进 一 步 提 高 石 墨 制 品的 耐 高 温 性 能 、 抗 磨 性 能 和 抗 腐 蚀 性 能 ， 目 前 已 出 现 了 一 种 涂

40、覆 石 墨 材 料 ， 即 在 石 墨 制 品表 面 涂 覆 或 浸 渍 一 层 金 属 或 金 属 化 合 物 以 提 高 石 墨 的 性 能 。根 据 使 用 要 求 的 不 同 可 分 为 抗 氧 化 涂 层 ， 抗 磨 涂 层 和 抗 腐 蚀 涂 层 。%& 抗 氧 化 耐 高 温 涂 层对 抗 氧 化 涂 层 材 料 的 要 求 是 ： 抗 氧 化 能 力 高 ， 附 着 力 强 ， 热 膨 胀 系 数 要 近 似 基 体 石墨 材 料 。 适 合 作 这 种 涂 层 的 材 料 有 钌 、 钯 、 锇 、 铂 、 钨 、 钼 、 钽 、 锆 、 铪 、 铌 、 钛 以 及 钨 、

41、钼 、 钽 、锆 、 铪 、 铌 、 钛 、 硅 的 碳 化 物 、 硼 化 物 、 氮 化 物 。有 的 国 家 还 采 用 双 涂 层 、 内 层 为 氧 化 铝 ， 外 层 为 二 硅 化 钼 ， 采 用 火 焰 喷 涂 法 进 行 两 次喷 涂 。 其 方 法 是 将 直 径 为 &( ) &* 毫 米 的 氧 化 铝 棒 送 入 温 度 高 达 #$的 氧 乙 炔 焰中 ， 以 ! 公 斤 力 +厘 米的 压 缩 空 气 将 熔 融 的 氧 化 铝 喷 涂 在 石 墨 制 品 的 表 面 上 。 氧 化 铝 棒的 成 分 为 ： 氧 化 铝 *,&-， 二 氧 化 硅 .&,!-，

42、氧 化 铁 #&,(-。 与 上 述 同 样 的 方 法 再 往 氧化 铝 表 面 喷 涂 二 硅 化 钼 玻 璃 状 物 ， 火 焰 温 度 为 %!“#$。 二 硅 化 钼 玻 璃 状 物 由 !#- ).#-的 二 硅 化 钼 和 .#- ) !#-的 ,/ 号 粘 结 剂 配 制 而 成 。 ,/ 号 粘 结 剂 的 成 分 为 二 氧化 硅 /#-， 氧 化 铝 &“-和 氧 化 硼 %(&“-。 内 层 厚 度 为 #&%“ ) #&# 毫 米 ， 外 层 厚 度 为#&#“ ) #&% 毫 米 。 这 样 制 得 的 涂 层 石 墨 能 在 %!#$的 空 气 中 工 作 %#

43、小 时 以 上 。西 德 采 用 硅 化 钛 涂 层 技 术 ， 在 高 温 %.#$和 无 氧 气 氛 条 件 下 ， 对 石 墨 制 品 喷 涂 或 浸涂 含 有 金 属 润 滑 剂 的 硅 化 钛 。 金 属 润 滑 剂 为 钼 粉 或 硅 化 钼 粉 ， 其 含 量 为 “ ) %“-。日 本 东 海 电 极 公 司 制 成 了 高 纯 碳 化 硅 涂 层 石 墨 ， 涂 层 厚 度 为 #&, 毫 米 ， 能 在 %,“#$的 高 温 下 使 用 。美 国 制 成 钨 钼 涂 层 石 墨 ， 使 用 碳 氢 化 合 物 、 硼 氢 化 合 物 、 氟 氢 化 合 物 的 离 子 火

44、焰 法 进行 喷 涂 ， 火 焰 最 高 温 度 高 达 !#$， 这 种 涂 层 石 墨 耐 温 可 达 ,#$。美 国 联 合 碳 化 物 公 司 制 成 012 涂 层 石 墨 。 将 石 墨 制 品 置 于 硅 粉 与 稀 释 剂 的 混 合 物中 ， 加 热 到 #$， 在 石 墨 制 品 表 面 形 成 一 层 厚 约 #&“ ) #&,/ 毫 米 的 防 氧 化 膜 。 这 种 涂(第 五 篇 机 械 工 业 用 石 墨 制 品 生 产 新 工 艺 新 技 术层 石 墨 能 在 !“#$高 温 下 使 用 % 小 时 。 该 公 司 还 制 成 一 种 涂 铱 石 墨 ， 能 在

45、 &#$高 温 下使 用 。 美 国 麻 姆 卡 （ ()*+,） 研 究 与 发 展 公 司 制 成 涂 钨 石 墨 ， 可 耐 &-#$的 高 温 ， 又 制 成了 涂 铪 石 墨 和 涂 锆 石 墨 ， 能 在 &!#$的 高 温 下 使 用 ， 美 国 金 刚 砂 公 司 还 制 成 了 涂 碳 化 硅的 石 墨 纤 维 。&. 耐 磨 涂 层为 了 提 高 石 墨 制 品 的 耐 磨 性 能 ， 各 国 碳 石 墨 制 造 者 和 使 用 者 进 行 了 大 量 的 研 究 工作 ， 并 取 得 了 明 显 的 效 果 。例 如 ， 渗 硅 石 墨 ， 就 是 一 种 碳 石 墨 基

46、 的 新 材 料 ， 它 是 用 液 态 硅 浸 渍 碳 石 墨 材 料 而 制成 。 这 种 材 料 具 有 很 高 的 抗 化 学 腐 蚀 性 能 、 良 好 的 耐 热 冲 击 性 能 及 在 液 体 和 气 体 介 质 中的 抗 磨 性 能 ， 因 此 它 可 以 用 来 制 造 有 色 和 黑 色 冶 金 工 业 用 的 坩 埚 、 热 电 偶 保 护 套 、 铸 模等 ， 但 通 常 都 把 这 种 材 料 作 为 抗 磨 材 料 使 用 。在 生 产 端 面 密 封 和 石 墨 轴 承 方 面 广 泛 采 用 渗 硅 抗 磨 石 墨 材 料 ， 甚 至 在 有 摩 擦 微 粒 的

47、情 况 下 ， 这 种 材 料 也 可 以 工 作 ， 例 如 抽 吸 石 油 （ 内 含 砂 、 泥 浆 、 水 锈 等 杂 质 达 !# 毫 克 /升 ）的 主 干 泵 的 端 面 密 封 就 成 功 的 采 用 了 这 种 密 封 材 料 。前 已 述 及 ， 石 墨 材 料 自 润 滑 性 能 好 的 原 因 之 一 是 石 墨 滑 移 层 的 游 离 键 易 吸 收 空 气 中的 水 分 形 成 一 层 水 膜 ， 当 空 气 中 湿 度 降 低 时 （ 或 真 空 、 高 温 ） ， 磨 损 情 况 变 大 。 而 在 石 墨 耐磨 材 料 的 气 孔 中 加 入 过 磷 酸 盐 就 能 改 善 上 述 情 况 。试 验 表 明 ， 用 多 磷 酸 铝 或 硅 有 机 磷 酸 镁 聚 合 物 浸 渍 的 0!1 !%# 石 墨 ， 其 氧 化 速 度 和磨 损 率 都 大 大 降 低 。 用 多 磷 酸 铝 浸 渍 的 0!1 !%# 石 墨 的 磨 损 率 与 不 浸 的 0!1 !%# 石墨 的 比 较 列 入 表 ! 1 !# 中 。表 ! 1 !# 0!1 !%# 石 墨 浸 多 磷 酸 铝 后 的 耐 磨 性 能材 料磨 损 微 米 2时温 度 $ &# -# 3# %# “#0!1 !%# 3 4 & 33 用 多 磷 酸 铝 浸 的