Искусственный графит
Высокочистый углеродный материал с уникальными физико-химическими свойствами для высокотемпературных и электротехнических применений
Химический состав и технические характеристики
| Параметр | Значение | Описание и значение для технологии |
|---|---|---|
| Содержание углерода (C) | 99.0 - 99.99% | Основной компонент, определяющий химическую стабильность и электропроводность |
| Зольность | 0.01 - 1.0% | Минимальное содержание неорганических примесей |
| Содержание летучих веществ | < 0.5% | Низкое содержание обеспечивает стабильность при высоких температурах |
| Сера (S) | < 0.05% | Критичный параметр для электрохимических применений |
| Азот (N) | < 0.01% | Следовые количества, не влияющие на свойства |
| Водород (H) | < 0.001% | Минимальное содержание, важно для вакуумных применений |
| Кислород (O) | < 0.1% | Остаточное содержание после графитизации |
| Плотность | 1.6 - 1.9 г/см³ | Зависит от степени графитизации и пористости |
| Удельное электрическое сопротивление | 8 - 15 мкОм·м | Хорошая электропроводность, сравнимая с металлами |
| Теплопроводность | 80 - 150 Вт/(м·К) | Высокая теплопроводность, важна для теплообменников |
| Температура эксплуатации в инертной среде | до 3000°C | Одно из самых жаропрочных материалов |
| Коэффициент теплового расширения | (2-6)·10⁻⁶ К⁻¹ | Низкий КТР обеспечивает термическую стабильность |
| Структура | Гексагональная | Кристаллическая решетка с слоистой структурой |
| Межплоскостное расстояние (d002) | 0.335 - 0.337 нм | Параметр совершенства кристаллической структуры |
| Размер кристаллитов (Lc) | 30 - 100 нм | Определяет механические и электрические свойства |
Процесс производства и химические реакции
Технологический процесс производства:
1. Подготовка сырья (нефтяной кокс, каменноугольный пек)
2. Обжиг при 1200-1300°C для удаления летучих
3. Пропитка связующим (пеком) для увеличения плотности
4. Графитизация при 2500-3000°C в печах сопротивления
Ключевые химические реакции при графитизации:
C (аморфный) → C (графит) + ΔH (эндотермический процесс)
Удаление остаточных гетероатомов: C-X → C + X (где X = H, O, N, S)
Перестройка sp³-гибридизации в sp²-гибридизацию углерода
Формирование π-электронной системы и зонной структуры
Основные химические применения
1. Электрохимическая промышленность
Анодный материал для алюминиевых электролизеров (реакция Холла-Эру):
2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2
2Al2O3 + 6C → 4Al + 6CO
2. Производство карбидов
Синтез карбида кремния: SiO2 + 3C → SiC + 2CO
Производство карбида бора: 2B2O3 + 7C → B4C + 6CO
3. Металлургия
Углеродистая добавка для легирования сталей
Термообработка в защитных атмосферах
4. Ядерная техника
Замедлитель нейтронов в реакторах
Высокая радиационная стойкость, низкое сечение захвата нейтронов
5. Химическое машиностроение
Аппаратура для агрессивных сред (кислоты, щелочи)
Теплообменники для высокотемпературных процессов
| Форма | Размеры | Марка | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Блоки | 400×400×2200 мм | ЭГ-0, ЭГ-1 | Аноды для алюминиевой промышленности |
| Плиты | 1000×500×50 мм | МГ, МПГ | Теплообменники, футеровка |
| Стержни | Ø20-300 мм, L=1000 мм | ГМЗ, ВП | Электроды, нагреватели |
| Порошок | фракции: 1-5 мкм, 10-50 мкм, 50-100 мкм | ГЛ-1, ГК | Наполнители, смазки, композиты |
| Фольга | толщина 0.1-1.0 мм | ГФ | Термические экраны, прокладки |
| Ткань | ширина 1000 мм | Углографит | Тепловая изоляция, уплотнения |
Химическая стойкость искусственного графита
Устойчив к воздействию:
• Большинства кислот (HCl, H2SO4, HNO3, HF) при всех концентрациях
• Щелочей (NaOH, KOH) до концентрации 50%
• Органических растворителей (бензол, толуол, ацетон)
• Расплавленных металлов (Al, Cu, Zn, Sn)
• Солей и расплавленных солей
Не устойчив к:
• Сильным окислителям при высоких температурах (O2 выше 400°C, F2, Cl2)
• Концентрированной HNO3 при нагревании
• Расплавам некоторых оксидов (V2O5, PbO)
Механизм окисления:
C + O2 → CO2 (выше 450°C)
2C + O2 → 2CO (при недостатке кислорода)
Скорость окисления увеличивается с ростом температуры и удельной поверхности
Химическая стойкость искусственного графита
Устойчив к воздействию:
• Большинства кислот (HCl, H2SO4, HNO3, HF) при всех концентрациях
• Щелочей (NaOH, KOH) до концентрации 50%
• Органических растворителей (бензол, толуол, ацетон)
• Расплавленных металлов (Al, Cu, Zn, Sn)
• Солей и расплавленных солей
Не устойчив к:
• Сильным окислителям при высоких температурах (O2 выше 400°C, F2, Cl2)
• Концентрированной HNO3 при нагревании
• Расплавам некоторых оксидов (V2O5, PbO)
Механизм окисления:
C + O2 → CO2 (выше 450°C)
2C + O2 → 2CO (при недостатке кислорода)
Скорость окисления увеличивается с ростом температуры и удельной поверхности
Сравнение с природным графитом и другими углеродными материалами
| Материал | Содержание C, % | Зольность, % | Электросопротивление | Преимущества |
|---|---|---|---|---|
| Искусственный графит | 99.0-99.99 | 0.01-1.0 | Низкое | Высокая чистота, контролируемые свойства |
| Природный графит | 85-99 | 1-15 | Низкое-среднее | Низкая стоимость, естественная кристалличность |
| Антрацит | 92-95 | 4-8 | Высокое | Высокая теплота сгорания |
| Активированный уголь | 75-95 | 2-20 | Высокое | Высокая удельная поверхность |
| Сажа | 97-99 | 0.1-0.5 | Высокое | Высокая дисперсность, черный пигмент |
| Алмаз | 100 | 0 | Изолятор | Высокая твердость, теплопроводность |
Современные направления применения в химической промышленности
1. Производство фторсоединений
Электролиз расплавов для получения фтора: 2HF → H2 + F2
Производство фторида графита (CF)n для литиевых батарей
2. Органический синтез
Катализатор и носитель катализаторов
Электроды для электросинтеза органических соединений
3. Очистка газов и жидкостей
Фильтрующие элементы для агрессивных сред
Сорбенты специфического назначения
4. Производство композиционных материалов
Углерод-углеродные композиты для аэрокосмической техники
Углерод-керамические материалы для высокотемпературных применений
5. Электрохимические накопители энергии
Анодный материал для литий-ионных аккумуляторов
Электроды для суперконденсаторов
Техническая документация и консультации
Предоставляем полный комплект документов:
• Паспорт качества с полным химическим анализом каждой партии
• Сертификат соответствия ГОСТ 17022-81, ГОСТ 4596-95
• Протоколы испытаний на химическую стойкость
• Рекомендации по применению и обработке
• Карты технологических режимов для различных применений
Наши технологи готовы провести консультации по:
• Выбору марки графита для конкретного химического процесса
• Расчету стойкости в агрессивных средах
• Оптимизации условий эксплуатации
• Решению специфических технологических задач