Пиролитический графит своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 09.09.2024

Пирографит представляет собой великолепный диамагнетик. Самый лучший диамагнетик из всех, которые могут работать при комнатной температуре.

Графит, полученный осаждением газообразных продуктов пиролиза углеводородов (в интервале 750–2400°С). Характеризуется высокой термической стойкостью и отсутствием открытой пористости. Применяется, напр., для защиты поверхности сопел ракетных двигателей.

Производство пирографита ‒ один из приоритетов современной промышленности конструкционных материалов. Получение этого продукта в промышленных масштабах продиктовано потребностями таких отраслей, как атомная электроэнергетика, авиа- и ракетостроение, машиностроение, приборостроение, химическая, оборонная промышленность, изготовление полупроводников.

Материал пирографит идеал ь но подходит для использования в качестве радиаторов и теплоизоляторов в тех приложениях, где использование стандартных радиаторов невозможно по причине их больших габаритных размеров. Кроме того, его можно использовать в качестве дополнительного средства теплоотвода наряду со стандартными компонентами.

Пирографит широко используется в качестве калибровочного образца для АСМ или проводящей подложки в СТМ (Сканирующей Туннельной Микроскопии).

Высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) находит широкое применение в современной науке и технологиях.

Пиролитический графит (иногда пирографит) — форма графита. Он обычно используется как инструмент калибровки для микроскопических исследований, таких как сканирующая туннельная микроскопия или атомно-силовая микроскопия.

Получение

Пиролитический графит получают нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C; из газообразных углеводородов при температуре 1400—1500 °C в вакууме с последующим нагреванием образовавшегося пироуглерода до температуры 2500—3000 °C при давлении 50 МПа (образовавшийся продукт — пирографит).

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Пиролитический графит" в других словарях:

пиролитический графит — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN pyrolytic graphitePG … Справочник технического переводчика

пиролитический графит — Смотри Пирографит (пиролитический графит) … Энциклопедический словарь по металлургии

Высокоориентированный пиролитический графит — (ВОПГ, highly oriented pyrolytic graphite) высокоориентированная форма пиролитического графита с угловым распространением c оси меньше чем 1 градус[1]. ВОПГ используется в качестве эталона для калибровки сканеров сканирующего туннельного… … Википедия

Пирографит (пиролитический графит) — [pyrolitic graphite] поликристаллический углеродный материал, получаемый методом химического газофазного осаждения при пиролизе углеводородов, осуществляемый в интервале 750 2400 °С. Пирографит может быть высоко и низкоплотным, сильно… … Энциклопедический словарь по металлургии

Пирографит — пиролитический графит, поликристаллический углеродный материал, получаемый методом химического газофазного осаждения при пиролизе углеводородов, осуществляемом в интервале температур от 750 до 2400 °С. В зависимости от условий… … Большая советская энциклопедия

Диамагнетики — Парящий пиролитический углерод Диамагнетики вещества, намагничивающиеся против направления внешнего … Википедия

Аллотропия углерода — Восемь аллотропов углерода: a) Алмаз, b) Графит, c) Лонсдейлит, d) C60 (фуллерены) … Википедия

Графен — Пожалуйста, актуализируйте данные В этой статье данные предоставлены преимущественно за 2007 2008 гг … Википедия

Получение графена — Основная статья: Графен Существует несколько способов для получения графена, которые можно разделить на три большие группы. К первой группе относятся механические методы получения графена, основной из которых механическое отшелушивание, который… … Википедия

pyrolitic graphite — Смотри Пирографит (пиролитический графит) … Энциклопедический словарь по металлургии

Графит является аллотропной модификацией углерода наряду с алмазом, карбином и аморфным углеродом. Аморфный углерод имеет турбостратную разупорядоченную структуру мелкокриталлического графита. Подобную структуру можно встретить в саже или активированном угле.

Графит – единственная термодинамически устойчивая в обычных условиях аллотропная модификация углерода. Он представляет собой жирное на ощупь вещество от черного до темно-серого цвета с металлическим блеском (в зависимости от дисперсности и происхождения).

Основные морфологические виды графита: чешуйчатый, плотнокристаллический (комовый) и аморфизированный. Чешуйчатые графиты делят на крупно-, средне- и мелкочешуйчатые. Различают их и по толщине чешуйки.

Кристаллы графита имеют слоистую структуру. Атомы углерода в кристаллической решетке графита расположены в углах шестиугольников бесконечных базисных плоскостей, атомы кристаллической решетки расположены слоями, что определяет относительно невысокую механическую прочность. Хорошая электро и теплопроводность связана с высокой плотностью атомов в слоях. При нагревании вещество не плавится, горит только в струе кислорода, а испаряется в вольтовой дуге.

Природный минерал (естественный графит) добывают из вулканических и магматических пород и каменноугольных отложений. Он содержит различные химические примеси: SiO2, Аl2O3, Р2О5, MgO, CuO, FeO, СаО. Но добытого из карьеров запаса не хватает для удовлетворения всех запросов промышленности.

Из минерала делают:

огнеупорные материалы;
смазку;
контакты электрических машин;
краски;
карандаши;
аккумуляторы и батарейки.

Значительная часть промышленного графита — это искусственный графит.

Искусственные графиты обычно получают из нефтяного кокса (наполнителя) и каменноугольного пека (связующего). Вместо каменноугольного пека в качестве связующего могут быть использованы синтетические смолы, например, фурановые или фенольные. В качестве наполнителей также применяется пековый кокс и антрацит. Все наполнители предварительно подвергаются прокалке при температуре до 1300℃, а затем дроблению, размолу и классификации по гранулометрическому составу.

Грансостав задается в зависимости от назначения графита, затем производится рецептурная дозировка компонентов наполнителя и связующего, при необходимости вводят добавки. Сдозированные компоненты смешивают в смесителях при заданных температурных режимах, подготовленную массу подвергают охлаждению и направляют на формование. Формование заготовок осуществляют методом экструзии или прессования. Полученные заготовки подвергают ступенчатой термообработке без доступа воздуха для карбонизации (до 1300 – 1500℃) и, затем, графитации (до 2400 – 2800℃).

Разновидностью искусственного графита является пирографит, получаемый медленным осаждением на нагретой до 2500℃ поверхности углерода при термическом разложении углеводородов. Пирографит практически не обладает пористостью, ему присуща анизотропия свойств.

Возможно получение искусственного графита методом нагревания антрацита до высоких температур ( 2200℃) без доступа воздуха и некоторыми другими методами.

Для получения искусственного графита с заданными свойствами, графитовый полуфабрикат пропитывают пеком, фенолоформальдегидными смолами и другими веществами. Часто для достижения требуемых характеристик графит подвергают термообработке и пропитке неоднократно.

Полученный разными способами графит отличается по многим параметрам, но обладает и рядом сходных качества. Это повышенная прочность, стойкость к окислению, кислотоупорность, отличная электропроводность. Искусственный графит высокой химической чистоты производится в виде порошка разных фракций. Для получения формовых деталей, порошок прессуют и спекают по специальной технологии.

Самые чистые из искусственных графитов – спектральный и ядерный графиты. Для последних из упомянутых в зависимости от марки содержание основных примесей лимитируется в следующих пределах: зольность – 0,035 –0,170 %; Са – 0,01–0,05 %; Fe 0,01 %; Ti 0,01 %.

Такие высокие требования к чистоте материала обусловлены областью применения.

Использование графита в ядерной технике объясняется следующими его качествами: распространенностью, удовлетворительными замедляющими свойствами и малым сечением захвата нейтронов. Наличие сопутствующих примесей, как правило обладающих высоким сечением захвата нейтронов, значительно ухудшают ядерно-технические свойства графита. Для эмиссионного спектрального анализа используют графит с еще меньшим содержанием примесей (требования к аналитической чистоте материала). Учитывая объем потребности в графите, разработаны разные технологии получения материала, отличающегося химической чистотой, применением, видом кристаллической структуры.

Самые распространенные виды:

Ачесоновский — получают путем нагревания заготовок, изготовленных на смеси пека и кокса, прошедших карбонизацию в электрических печах Ачесона до температуры 2800 о С;
Пиролитический — синтезируют из природного газа;
Доменный — образуется как попутный продукт при охлаждении чугуна;
Карбидный — получают путем термического разложения карбидов.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Объем производства углеродных материалов в стране позволяет судить об уровне ее технического развития. Ракетная техника, космонавтика, авиастроение, металлургия черных и цветных металлов, ядерная энергетика, химическое машиностроение, автотранспорт, судостроение, электроника и медицинская промышленность, производство спортивного инвентаря и многие другие отрасли промышленности получили свое развитие в основном благодаря использованию разнообразных углеродных материалов.

Отличительной особенностью антифрикционных углеродных материалов, к которым относятся изделия из природного и искусственного графита, углерод-углеродные композиционные материалы, является то, что, благодаря слоистой структуре, высокой теплопроводности и удовлетворительным механическим свойствам, они работоспособны в условиях трения без смазки.

Химическая стойкость антифрикционных углеродных материалов зависит как от стойкости самих углеродных материалов, так и от стойкости материала пропитки.

По сравнению с графитом углеродное волокно обладает меньшей теплопроводностью, масса детали из него меньше, и волокно не такое хрупкое. Высокие цены на углеродное волокно российского производства сильно затрудняют их применение во многих отраслях промышленности (строительство, медицина, автомобильная промышленность, спортиндустрия и т.д.).

На данный момент основные потребители углеродных волокон в России – авиакосмическая отрасль и атомная энергетика. Однако уже в ближайшем будущем российские производители планируют значительно увеличить мощности производства, за счет внедрения более совершенных технологий и оборудования, что должно привести к удешевлению продукта и, в конечном итоге, увеличению областей применения.

Где производят графит

17 сентября 2018

Области применения пирографита и его свойства

Несмотря на то, что способ осаждения пирографита был открыт достаточно давно (патент был получен в 1880году), промышленное его применение началось с начала 70-х годов 20-го века и в областях далеких от народного хозяйства. Благодаря его исключительным свойствам, использование пирографита стало возможным в области авиа и ракетостроения, а также производства вооружений (управляемых снарядов и ракет).

Пирогорафит в чистом виде обладает высокими механическими характеристиками превышающими в 5-10 раз механические характеристики технического графита изостатического прессования при температурах свыше 2500 градусов Цельсия и намного выше чем у жаропрочных сталей и никелевых сплавов. Кроме того большая анизотропность пирографита позволяет использовать его в качестве покрытий сопел, а также обшивок гиперзвуковых летательных аппаратов, защитных экранов, плазменных горелок и прочих деталей вступающих в контакт с раскаленными газами, так как теплопроводность в перпендикулярном основе направлении до 500 раз ниже чем параллельном основе направлении. Также пирографит считается непористым материалом и его пленка толщиной 0,03-0,05 мм не пропускает гелий даже при температурах более 2500 градусов Цельсия. Кроме того существует возможность легирования пироуглерода для еще большего увеличения его характеристик, в качестве легирующих материалов зачастую используют кремний, ниобий, бор, кобальт или гафний. Таким образом получают более прочные материалы.

Существуют сведения о применении таким материалов, в частности бористого пираллоя (пирографит легированный бором), в стратегических балистических ракетах Поларис. Предел прочности при изгибе бористого пираллоя составляет 26 кг/мм2, при этом значение у пирографита 15,5 кг/мм2, а у технического графита 1,75-5,0 кг/мм2. Ракетные сопла футерованные этим материалом при испытаниях выдерживают температуру до 3500 градусов Цельсия в течении минуты, что выше чем при использовании более тяжелых и сложных в обработке вольфрамовых сопел.

Единственным недостатком пирографита и сплавов на основе пирографита, является его цена, которая не дает возможности для широкого применения данных материалов в гражданской промышленности, из-за большой энергозатратности процесса получения пирографита и низкого выхода материала высокого качества. Суть технологии получения пирографита лежит в нагреве углеводородов до температуры свыше 2000 градусов цельсия и направления потока раскаленного углеводородного газа на подложку требующую покрытия. Пирографит ложится слоями образуя слоистую структуру, обеспечивающую анизотропные свойства в различных направления относительно подложки. При получении пирографита при температурах свыше 2500 градусов, наблюдается получение практически бездефектных слоев, которые при охлаждении не подвержены растрескиванию.