材質(zhì)介紹
在不同低溫下與氧氣反應(yīng)生成氫氣或一氧化碳; 鹵素中,只有氟能與簡單碳直接反應(yīng); 在加熱下,石墨粉更容易被酸氧化; 在低溫下,它可以與許多金屬反應(yīng)形成金屬基體,可以在低溫下制造鋼金屬。
材料特性
石墨粉是一種物理反應(yīng)非常敏感的物質(zhì)。 它的電阻率在不同的環(huán)境下會發(fā)生變化,即它的電阻值會發(fā)生變化,但有一點(diǎn)是不會改變的。 石墨粉非常好。 金屬導(dǎo)電物質(zhì)之一,只要將石墨粉不間斷地放在絕緣物體上,就會像細(xì)線一樣通電,而內(nèi)阻值沒有準(zhǔn)確的數(shù)字,由于石墨粉的厚度不一樣,不同材質(zhì)和環(huán)境下使用的石墨粉內(nèi)阻值也會不同。 由于其特殊的結(jié)構(gòu),石墨具有以下特殊性能:
1)耐低溫型:石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃,沸點(diǎn)為4250℃。 雖然是超低溫電弧燃燒,但重量損失很小,熱膨脹系數(shù)也很小。 石墨的硬度隨著溫度的升高而增加,在2000℃時,石墨的硬度增加一倍。
2)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性:石墨的導(dǎo)電率比普通非金屬礦物高100倍。 導(dǎo)熱系數(shù)超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。 熱導(dǎo)率隨著空氣溫度的下降而降低,即使在極高的濕度下,石墨也可以起到熱絕緣體的作用。
3)潤滑性:石墨的潤滑性能取決于石墨片的尺寸。 薄片越大,摩擦系數(shù)越小,潤滑性能越好。
4)物理穩(wěn)定性:石墨在常溫下具有良好的物理穩(wěn)定性,耐酸、堿和有機(jī)溶劑。
5)可塑性:石墨具有良好的硬度,可以連接成很薄的片材。
6)耐光沖擊性:石墨在室溫下使用時可以承受濕度的劇烈變化而不損壞。 當(dāng)溫度突變時,石墨的體積不會發(fā)生太大變化,不會形成裂紋。
應(yīng)用領(lǐng)域
1、作為耐火材料:石墨及其制品具有耐低溫、高硬度的性能。 它們主要用于制造冶金工業(yè)中的石墨坩堝。
2、作為導(dǎo)電材料:在電氣工業(yè)中用于制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流裝置的負(fù)極、石墨墊片、電話零件、電視顯像管的涂料等。
3、作為耐磨潤滑材料:石墨在機(jī)械工業(yè)中常被用作潤滑劑。 在高速、高溫、高壓條件下往往不能使用潤滑油,而石墨耐磨材料可以在(1)200~2000℃高滑動速率下無潤滑油工作。 許多輸送腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備廣泛采用石墨材料制作活塞皮碗、密封圈和軸承,運(yùn)行時不需要添加潤滑油。 石墨乳也是許多金屬加工(拉絲、拉管)的良好潤滑劑。
分類
高純度亞微米石墨顆粒的應(yīng)用范圍非常廣泛:電子信息用顯像管、顯示器制造行業(yè)用黑色導(dǎo)電油墨、液晶顯示器組成的器件、傳感器和顏色解析器上使用的感光黃色漆膜、平板顯示器等。彩色液晶等離子三基色用于改善發(fā)射效果和色彩對比度,超細(xì)鎢、鉬拉絲等油墨,中間潤滑油和潤滑脂制造,高性能蓄電池泡沫鐵鎳制造高純亞微米石墨顆粒廣泛應(yīng)用于感光膠片等諸多行業(yè)。
高純石墨超細(xì)粉包括膠體石墨粉,主要用于毛筆、粉末冶金、潤滑油、潤滑脂、干電池、導(dǎo)電油墨、潤滑油墨、國防科委、科研機(jī)構(gòu)等。 我國生產(chǎn)的膠體石墨粉是我國石墨行業(yè)發(fā)展的排頭兵,部分技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
花崗巖(密封防粘脂)性能及用途:耐低溫3000攝氏度,耐高壓40KG,用于船舶、飛機(jī)、機(jī)車、汽車、工程機(jī)械及各種小型石油、化工、電機(jī)等金屬粘接表面,法蘭連接處的密封和防粘。
特種石墨油墨:水性石墨油墨、導(dǎo)電石墨油墨、溶解石墨油墨、內(nèi)外石墨油墨、拉絲石墨油墨、潤滑石墨油墨、玻璃纖維油墨、電視石墨油墨及特種油墨、各種非金屬材料、納米級材料制作流程、設(shè)計(jì)方案。 經(jīng)營各類防腐設(shè)備,承接各類防腐設(shè)備加工。 品種多樣、尺寸齊全,產(chǎn)品執(zhí)行《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)》。 設(shè)計(jì)制造各類精細(xì)化工設(shè)備、各類球磨機(jī)及特種機(jī)械的配方工藝。
使用
行業(yè)
石墨具有良好的物理穩(wěn)定性。 經(jīng)過特殊加工的石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透性低等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于制作熱交換器、反應(yīng)罐、冷凝器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器等裝置、泵設(shè)備。 廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門,可節(jié)省大量金屬材料。
鑄造、鑄造、造型及低溫冶金材料:由于石墨熱膨脹系數(shù)小,但能快速冷卻和快速熱變化,可用作玻璃器皿的鑄造模具。 使用石墨后,白色金屬可獲得規(guī)格準(zhǔn)確、表面潔白、成品率高的毛坯。 無需加工或稍加加工即可使用,節(jié)省大量金屬。 在硬質(zhì)合金和其他粉末冶金工藝的生產(chǎn)中,一般采用石墨材料來制造瓷舟,進(jìn)行成型和燒制。 單晶晶體生長坩堝、區(qū)域精煉容器、支架夾具、感應(yīng)加熱器等均采用高純石墨制成。 據(jù)悉,石墨還可用作真空煉鐵、低溫內(nèi)阻爐管、棒、板、柵等器件的石墨絕熱板和底座。
石墨可以防止窯爐酸敗。 有關(guān)單位試驗(yàn)表明,在水底添加一定量的石墨粉(每斤水約4~5克),可以避免窯爐表面結(jié)垢。 據(jù)悉,金屬水塔、屋頂、橋梁、管道上的石墨涂層可以防止腐蝕和生銹。
石墨可用作筆芯、顏料和拋光劑。 石墨經(jīng)特殊加工后可制成各種特種材料用于相關(guān)工業(yè)部門。
據(jù)悉,石墨還是輕工玻璃、印染的拋光劑、防銹劑,是制造鋼筆、墨水、黑漆、墨汁、人造金剛石、鉆石等不可缺少的原料。 是一種非常好的節(jié)能環(huán)保材料,日本已將其用作汽車電池。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,石墨的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)大,已成為高新技術(shù)領(lǐng)域新型復(fù)合材料的重要原材料,在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。
國防
用于原子能工業(yè)和國防工業(yè):石墨是原子反應(yīng)堆良好的中子慢化劑,鈾石墨反應(yīng)堆在原子反應(yīng)堆中得到廣泛應(yīng)用。 作為動力用原子能反應(yīng)堆中的減速材料,應(yīng)具有高熔點(diǎn)、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。 石墨完全可以滿足上述要求。 原子反應(yīng)堆使用的石墨含量很高,雜質(zhì)濃度不能超過幾十PPM。 尤其是其中硼濃度應(yīng)大于0.5PPM。 在國防工業(yè)中,石墨還用于制造固體燃料格柵噴嘴、潛艇鼻錐、航空航天設(shè)備零件、隔熱材料和防射線材料等。
傳導(dǎo)原理
一般來說,橡膠是絕緣的。 如果需要導(dǎo)電,就需要添加導(dǎo)電物質(zhì)。 石墨粉具有良好的導(dǎo)電性、潤滑性和脫模性。 石墨加工成石墨粉,具有優(yōu)良的潤滑性和導(dǎo)電性。 石墨粉含量越高,導(dǎo)電性能越好。 很多特種橡膠制品廠都需要導(dǎo)電橡膠,那么橡膠中添加石墨粉可以導(dǎo)電嗎? 答案是肯定的,但是還有一個問題,橡膠中石墨粉的比例是多少? 有的企業(yè)使用比例不超過30%。 此類型用于耐磨橡膠制品,如車輛輪胎等,也有特種橡膠廠使用比例為100%。 只有這樣才能導(dǎo)電。 原理是導(dǎo)體不能中斷,就像電纜一樣,如果中間斷了,就不會通電。 導(dǎo)電橡膠上的導(dǎo)電石墨盒就是導(dǎo)體。 如果石墨粉被絕緣橡膠切斷,就不會導(dǎo)電。 所以石墨粉的導(dǎo)電效果比柱子差,看來療效也不好。
熱傳導(dǎo)
石墨導(dǎo)熱()
當(dāng)石墨體呈現(xiàn)室溫梯度時,熱量從低溫流向高溫。 表征石墨導(dǎo)熱性能的參數(shù)是導(dǎo)熱系數(shù)。 導(dǎo)熱系數(shù)I是單位時間、單位面積通過的熱量q(熱流密度)與空氣溫度梯度的比值系數(shù)。
q=–λ
(1)中的負(fù)號表示熱流方向與空氣溫度梯度方向相反。 方程(1)通常被稱為熱傳導(dǎo)傅里葉定理。 設(shè)垂直于x軸方向的截面積為ΔS,則材料沿x軸方向的水溫梯度為dT/dx,在Δτ時間內(nèi),沿正方向流經(jīng)ΔS截面的熱量x軸的ΔQ為ΔQ,在穩(wěn)定傳質(zhì)狀態(tài)下,式(1)的形式為:
(2) 導(dǎo)熱系數(shù)的法定單位是W·m·K。 對于不穩(wěn)定的傳質(zhì)過程,即物體各處水的溫度隨時間而變化。 與外界沒有熱交換且具有室溫梯度的物體,隨著時間的推移,溫度梯度會趨于零,即熱端溫度不斷升高,冷端溫度升高繼續(xù)降低,最終達(dá)到穩(wěn)定的平衡溫度。 在這些不穩(wěn)定的傳質(zhì)過程中,物體內(nèi)單位面積的濕度隨時間的變化率為:
(3) 其中 τ 是時間,ρ 是密度,cp 是恒壓下質(zhì)量的潛熱。 λ/ρcp常被稱為石墨的熱擴(kuò)散率或熱導(dǎo)率,常用單位為cm/s。
熱傳導(dǎo)是通過導(dǎo)熱載體的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。 石墨的導(dǎo)熱載流子包括電子、聲子(晶格激波)、光子等。石墨的導(dǎo)熱系數(shù)可以表示為各種導(dǎo)熱載流子貢獻(xiàn)的疊加:
(4) 其中vi、li和ci分別是導(dǎo)熱載體i的運(yùn)動速度、平均自由程和單位體積比熱容。 石墨的各種導(dǎo)熱載體相互作用、相互制約。 例如,不同頻率的聲子相互碰撞而引起散射,聲子之間也會形成氫鍵、晶格缺陷和雜質(zhì)之間的散射,從而影響其平均自由程。 因此,石墨的導(dǎo)熱是一個非常復(fù)雜的物理過程。 從理論上預(yù)測各類石墨的導(dǎo)熱系數(shù)值及其隨溫度的變化,雖然進(jìn)行了多年的努力,但只取得了有限的成果。 簡單地說,在室溫和不太高的水溫(大于)下,聲子的熱導(dǎo)率是壓倒性的,電子和光子的熱導(dǎo)率可以忽略不計(jì)。 在極低的溫度下(大于10K),電子熱傳導(dǎo)僅占據(jù)一定量。 直到空氣溫度非常高(上圖)時,光子熱傳導(dǎo)才會開始出現(xiàn)。 石墨的熱導(dǎo)率隨著其霧度比的降低而降低(參見維德曼-弗蘭茨定理)。
結(jié)晶石墨
單晶硅
石墨單晶硅是純天然鱗片石墨和高取向熱解石墨。 這種石墨晶體缺陷較少,但規(guī)格較大。 通??梢哉J(rèn)為是比較健全的石墨單晶硅。 人們對這種石墨的導(dǎo)熱性進(jìn)行了大量研究。 在壓縮偏轉(zhuǎn)下,經(jīng)過上述處理后的熱解石墨的堆積密度為2.25g/cm,接近單晶硅的理論密度2.266g/cm,其(002)衍射峰半寬角展度僅為0.4°(馬賽克角),也非常接近零度的理論值。 這些石墨的熱導(dǎo)率如表1所示。該值通常被認(rèn)為代表單晶硅石墨的相應(yīng)值。 沿兩個主要方向的熱導(dǎo)率:沿平面的熱導(dǎo)率記為λa,沿與平面垂直的平面的熱導(dǎo)率記為λc。
在常溫下,λa大約比λc大200倍。 隨著氣溫的下降,這個比例有所下降,但仍然很大。 因此,由微晶組成的多晶石墨的導(dǎo)熱率是由微晶層的導(dǎo)熱率λa控制的,而幾乎不能考慮λc。 天然鱗片石墨室溫下的λa在280~500W/(m·K)之間,比值λa/λc在3~5之間??梢娖浣Y(jié)晶程度遠(yuǎn)不如鱗片石墨。高取向熱解石墨。
熱解石墨具有高度規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu),La以上,從高溫到低溫,其導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度呈鐘形變化,見圖1和圖2。
室溫下遠(yuǎn)高于石墨晶層導(dǎo)熱系數(shù)的特征溫度θλ:
λa∝exp(–θλ/bT)(5)
式中,b約等于2,θλ有時也稱為德拜溫度,但與表征潛熱的德拜溫度不同(見碳質(zhì)材料和石墨材料的潛熱)。當(dāng)室溫多時小于 θλ,則有
λa∝T(6)
由式(5)可知,在高溫下,λa隨著溫度T的升高而增大; 由式(6)可知,在低溫下,λa隨著溫度的升高而增大。 在高溫和低溫之間,式(5)和式(6)都起作用,當(dāng)這兩種效應(yīng)相互競爭時,λa達(dá)到最大值。 這就是形成鐘罩曲線的原因。
在不太低的溫度下,石墨晶體的導(dǎo)熱載體是聲子,式(3)可簡化為:
λ=γρcVvl (7) 其中ρ是密度,cV是質(zhì)量定體積潛熱,v是聲子傳播速度,l是兩個聲子散射或碰撞之間的平均自由程,γ是比例系數(shù)。 在高溫下,l的尺寸受到氫鍵散射的阻礙,并且l的尺寸與微晶的規(guī)格相當(dāng)。 因此,λa~T曲線的峰值的高度和位置由石墨晶體的規(guī)格(微晶a的半徑La)控制。 熱解石墨的固溶溫度越高,建立的晶體越多,La急劇減少,因此導(dǎo)熱系數(shù)λa增大,峰值減小,峰值位置連接到高溫側(cè)(圖3)。
對于兩種石墨晶體,晶界a方向半徑分別為La.1和La.2,導(dǎo)熱系數(shù)峰位置分別為Tm.1和Tm.2。 這些參數(shù)之間的關(guān)系如下:
(8) 提供了一種根據(jù)熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)計(jì)算 La 的方法。 這些方法得到的La值幾乎與X射線衍射法得到的值相當(dāng)。
導(dǎo)熱橢球體
晶體兩個主方向的導(dǎo)熱系數(shù)為λa和λc,沿任意方向Ф的導(dǎo)熱系數(shù)為λФ,其中Ф為該方向與晶軸c之間的夾角。
λФ=λasinФ+λccosФ(9)
方程(9) pT 由一個以長徑為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體圖形表示(圖 4)。 橢球的長半徑為 λc,短半徑為 λa。 這個橢球體稱為石墨的導(dǎo)熱橢球體。 任意方向的導(dǎo)熱系數(shù)λФ可以用該方向上橢球體的直徑γФ來表示:
λФ=1/γФ(10)
該方向的直徑越短,導(dǎo)熱系數(shù)越大。
多晶石墨
多晶石墨的導(dǎo)熱系數(shù)受多種因素影響:級配和粘結(jié)劑種類及配比、成型條件、熱處理濕度等制造工藝有明顯影響; 微晶的大小和分布、孔隙的數(shù)量和形狀以及其他結(jié)構(gòu)誘因,其影響尤為突出。 盡管同一石墨的不同批次之間存在相當(dāng)大的差異,但不同石墨品種之間的導(dǎo)熱率差異很大。 盡管影響因素很多,但控制導(dǎo)熱系數(shù)的基本規(guī)律沒有改變。 在聲子熱傳導(dǎo)為主的溫度區(qū)域,仍受式(7)所示規(guī)律控制。
多晶石墨由許多微晶組成。 多晶石墨的熱導(dǎo)通過微晶層傳遞(a方向熱傳導(dǎo))。 由于微晶的 λa 比 λc 大兩個數(shù)量級左右,因此可以忽略 c 方向的熱傳導(dǎo),如圖 6 所示。在中等濕度下,微晶的 λa 主要受兩個散射過程控制: 1熱導(dǎo)率λB受氫鍵散射控制,微晶尺寸La越大,λB越大。 2、熱導(dǎo)率λu受聲子碰撞引起的散射控制,水溫越高,這些散射越強(qiáng),且隨溫度升高而減小。 λa、λB、λu之間的關(guān)系如下:
1/λa=1/λB+1/λu
(15) 任意方向(x方向)的熱導(dǎo)率λx取決于多晶石墨中微晶的取向和分布。 由于傳熱路徑深而粗糙,微晶之間還可能存在非晶態(tài)、不健全的結(jié)晶碳物質(zhì)和過渡碳物質(zhì)。 λx與λa的關(guān)系中應(yīng)包含一個校準(zhǔn)系數(shù)αx,即:
(16) 根據(jù)理論分析,λu隨溫度的變化數(shù)據(jù)列于表3。然后將不同水溫下的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)與理論公式(16)進(jìn)行比較,得到λB和αx。 圖2顯示了擠壓芯石墨PGA和壓塑ZTA石墨的測量熱導(dǎo)率和估計(jì)熱導(dǎo)率的比較。 7.
表3 λu隨氣溫的變化
室溫/K
100
150
200
250
300
350
400
500
600
700
800
900
1000
λu/W·
(厘米·K)
第391章
204
53.6
26.7
20.1
14.9
12.1
9.29
8.00
6.87
6.20
5.61
5.15
幾種模壓石墨的導(dǎo)熱系數(shù)隨空氣溫度的變化分別如圖8和圖9所示,λ-T曲線均為鐘形。
導(dǎo)熱理論
石墨晶體的導(dǎo)熱理論非常繁瑣,在計(jì)算機(jī)的幫助下已經(jīng)取得了很多進(jìn)展,但仍有很多問題有待進(jìn)一步闡明。 以無缺陷理想石墨晶體的層熱導(dǎo)率λa為例,晶格振動波被量子化,振動波稱為聲子,振動波是矢量,可以稱為波矢量。 波矢量的能量和狀態(tài)是晶體倒晶格的函數(shù)。 整個晶體的倒晶格可以用一個很小的區(qū)域來表示; 這個地區(qū)被稱為 區(qū)。 只要清楚地認(rèn)識到該區(qū)域聲子的能量和狀態(tài),整個晶體中聲子的情況就清楚了。
石墨晶體的B??區(qū)是六角四面體(圖5)。 如果只討論石墨晶體層處的熱導(dǎo)率,作為簡化模型,只討論圖5中正六邊形表面上聲子的運(yùn)動就足夠了。這些二維情況大大簡化了問題,使問題變得更容易去處理。 用n表示波數(shù),在[nx,ny]平面上,圓形截面的面積可以用直徑為nm的圓曲面來表示,由圖5可得:
(11)
式(11)中,a為石墨的晶格參數(shù),a=0.246×10cm。 nm是聲子振動的最大波數(shù),即單位寬度內(nèi)聲子的振動次數(shù)。 聲子速度v和波數(shù)n的乘積就是聲子的頻率,聲子的能量與頻率成反比。 聲子的最大角頻率wm=2πvnm,2πnm稱為最大角波數(shù),常記為qm。 qm=1..
對聲子的運(yùn)動進(jìn)行分類,每個類別稱為一個聲子分支,每個分支都有一個代號。 貝里尤安區(qū)正六方能級上存在多個聲子支,主要有3個:橫支,最大頻率為 ,速度vL=2.36×10cm/s; 2、TA,縱向分支,最大頻率為,速率為vT=1./s; 3、低TA支路,又稱彎曲振動支路,最大頻率為vb=0.53×10cm/s,速率為vb=0.53×10cm/s。 此外,還有折疊LA分支、橫向光分支TO等,這種非主分支的頻率高于4THz,它與其他分支相互作用強(qiáng)烈,因此大于4THz,即角頻率大于wc=2.5× 10S的那些不起傳熱作用的支路可以忽略。 wc 稱為聲子角頻率的下限。 低TA分支的速度比LA和TA低很多,所以可以忽略。 在這些大大簡化的情況下,僅考慮兩個分支LA和TA,并且僅考慮熱傳導(dǎo),而不考慮潛熱。 這就是所謂的二維聲子氣體模型。 由此可以定義德拜速率 vD:
(12) 由上列數(shù)據(jù)可得:德拜速度vD=1.86×10cm/s,聲子最大角頻率wm==2。
當(dāng)熱傳導(dǎo)載流子被聲子壟斷時,即在室溫且水溫不太高的情況下,理想石墨晶體的層熱導(dǎo)率為λ,則
(13) 式中,ρ為理想石墨晶體的密度2.266g/cm,γ為格林艾森系數(shù)(見石墨潛熱),宜γ=2,從而得到
=5.73/T×10(14)
該公式簡單明了,可以為式(6)的T關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。 由該公式計(jì)算得到的熱導(dǎo)率與高取向熱解石墨實(shí)測值的比較如表2所示。
測量值與理論值大致相符,從非常簡化的理論模型得到的結(jié)果實(shí)際上與現(xiàn)實(shí)吻合得這么好。 兩者的平均比值為0.94,這說明雖然是這樣的石墨晶體,但與理想晶體相比,其建立程度仍然不足。
低導(dǎo)熱石墨
密度為1.84g/cm3的擠壓航空航天石墨ATJ-S、密度為2.0g/cm3的各向同性細(xì)粒萊州石墨和HDFG(用短纖維改進(jìn)的HDG)均為低導(dǎo)熱率多晶石墨。 該石墨的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系如圖 10 所示。
導(dǎo)熱系數(shù)和密度
早在19世紀(jì)中葉,著名化學(xué)家、電磁波理論的創(chuàng)始人JC·麥克斯韋(JC )。 他在其名著《電磁波理論》(1873)中強(qiáng)調(diào),對于富含孔隙的材料,如果孔隙以直徑相等的小球狀均勻地分散在材料中,則該材料的電導(dǎo)率(濁度或熱導(dǎo)率)電導(dǎo)率),從理論上講,可以通過以下公式估算:
(17)
式中,P為孔隙率,λ0為無孔隙(P=0)時的導(dǎo)熱系數(shù)。 這個公式具有歷史意義。 對于石墨來說,孔隙不是球形的,更不用說非等直徑的了,這個公式不適用。 但它表明孔隙率越大(即密度越小),導(dǎo)熱系數(shù)就越小。 這個推論是正確的。 經(jīng)過不同浸漬處理的擠壓核石墨,在室溫下,其導(dǎo)熱系數(shù)λ∥隨孔隙率變化,按如下關(guān)系式變化:
λ∥=λ0exp(–bP)(18)
式中,λ0=/(m·K)為無孔極限導(dǎo)熱系數(shù),常數(shù)b=7.00。
對于同一類型的石墨,導(dǎo)熱系數(shù)隨著其密度的減小而增大。 圖11顯示了HDFG各向同性石墨的λ與密度之間的關(guān)系。
熱處理溫度 多晶石墨多由燒結(jié)坯料經(jīng)低溫?zé)崽幚碇瞥伞?熱處理溫度越高,微晶的發(fā)育越成熟,La降低,熱導(dǎo)率也急劇降低。 將煅燒后的石油針狀焦和中溫煤焦油瀝青擠壓成燒結(jié)棒。 經(jīng)過不同熱處理(HTT)后,La值如表4所示。軸向熱導(dǎo)率λ∥隨溫度的變化如圖12所示。熱導(dǎo)率的倒數(shù)1/λ稱為泊松比。 在不同的熱處理溫度下,這些石墨的軸向撓度1/λ//和l/La之間的關(guān)系如圖13所示。另一種由石油焦和中溫煤焦油瀝青制成的擠壓石墨,圖14顯示了λ∥ 對 La 的依賴性。對于模制石墨,λ⊥ 和 HTT 之間的關(guān)系如圖 15 所示。
熱擴(kuò)散率α也稱為溫度傳導(dǎo)系數(shù),α=λ/ρcp。 (見式(3))。 它表征材料在加熱或冷卻過程中各部分溫度趨于一致的能力; 它是表征不穩(wěn)定傳質(zhì)過程中溫度變化率的特征參數(shù)。 材料的導(dǎo)熱系數(shù)越高,材料內(nèi)部的本體溫度傳播速度越大,材料內(nèi)部的溫差越小。 一種新型石墨,ρ=1.81g/cm3,各向同性細(xì)晶石墨EK-98,其α隨溫度的變化如圖16所示。
散熱系數(shù)ε是表征石墨材料熱性能的綜合參數(shù),與導(dǎo)熱系數(shù)密切相關(guān)。 它定義為:
ε=(λcpρ)(19)
在法定單位制中,ε的單位為WS·m·K,表征材料表面的散熱或放熱能力。 EK-98石墨的散熱系數(shù)隨溫度的變化如圖17所示。
導(dǎo)熱系數(shù)各向異性石墨材料的各向異性表現(xiàn)為沿平行于對稱軸方向的導(dǎo)熱系數(shù)λ∥與沿垂直方向的導(dǎo)熱系數(shù)λ⊥之差。 通常,對于擠壓石墨λ∥>λ⊥,λ∥/λ⊥之比稱為導(dǎo)熱系數(shù)各向異性; 對于模壓石墨,λ⊥>λ∥,λ⊥/λ∥之比稱為導(dǎo)熱系數(shù)各向異性; 即各向異性最小為1(各向同性)。 設(shè)沿著石墨對稱軸oz的取向參數(shù)為Roz,平行和垂直方向的標(biāo)定參數(shù)為γ∥和γ⊥(參見石墨的各向異性),則:
因?yàn)槲⒕У?λc/λa