Один из видов углеграфитовых материалов ‒ пиролитический графит ‒ занимает особое место в группе. Он отличается технологией изготовления, а также уникальными потребительскими свойствами. Производство пирографита ‒ один из приоритетов современной промышленности конструкционных материалов. Получение этого продукта в промышленных масштабах продиктовано потребностями таких отраслей, как атомная электроэнергетика, авиастроение, машиностроение, приборостроение, химическая промышленность, изготовление полупроводников.
Получение пирографита
При изготовлении пирографита чаще всего используют технологию газофазного химического осаждения на разогретую графитовую или керамическую подложку химически чистого углерода, образующегося в процессе термического разложения углеводородных изделий. Процесс пиролиза проводят при постоянной температуре подложки в диапазоне 1000-2500°С и атмосферном или пониженном давлении. Изделие, получаемое в результате высокотемпературного осаждения углерода, характеризуется выраженной анизотропией свойств, может иметь различную плотность, механические, электро- и теплофизические характеристики.
Другой способ производства пирографита основан на технологии карбонизации углеродсодержащих продуктов в конденсированной фазе (пиролитическое разложение). Позволяет получать практически изотропные конструкционные изделия общего назначения. Из них изготавливают различные фасонные изделия, используемые в машиностроении, химической отрасли (пластины, кольца, уплотнения, антифрикционные конструкции).
|
Показатель |
Значение |
|
|---|---|---|
|
параллельно |
перпендикулярно |
|
|
Плотность, г/см3 (н.м.) |
2,2 |
|
|
Прочность на сжатие, кг/см2 (средняя) |
||
|
- при комнатной температуре |
850 |
2000 |
|
- при 2000 оС |
950 |
1970 |
|
Прочность на растяжение, кг/см2 |
|
|
|
- при комнатной температуре |
220 |
|
|
- при 2800 оС |
3640 |
|
|
Удельное электросопротивление, мкОм·см |
||
|
- при комнатной температуре |
430 |
0,6 |
|
- при 1700 оС |
350 |
0,12 |
Особенности изделий
Пиролитический графит физически представляет собой углеродный материал класса поликристаллических переходных структур. Атомы углерода находятся в гексагональных матрицах различных размеров, которые по-разному ориентированы в пространстве. Чем выше степень их упорядочения, тем выше показатель анизотропии конструкционного материала. В свою очередь от этого также зависят такие характеристики пирографита, как плотность, механическая прочность, электрические и теплофизические свойства.
При изготовлении пирографита по технологии высокотемпературного осаждения из газовой фазы, свойства получаемого материала приближаются к монокристаллу графита:
- высокая плотность, достигающая значения 2200 кг/м3 (у монокристалла - 2267 кг/м3);
- однородность структуры, отсутствие пор;
- выраженная анизотропия физических свойств (тепло- и электропроводность, механические характеристики).
Дополнительный нагрев заготовки до 3000°С приводит в процессе производства пирографита к упорядочению структуры (увеличению анизотропии), снижению внутреннего напряжения, устранению микротрещин и других скрытых дефектов, упрочнению материала.
Преимущества, применение
Уникальное сочетание различных технических свойств анизотропного пиролитического графита обусловило его широкое применение в высокотехнологичных отраслях. В частности, особо ценными считают такие его характеристики:
- Полная непроницаемость материала, его высокая жаростойкость (защитные пленки из пирографита).
- Высокая электро- и теплопроводность в осевом направлении (соизмерима с цветными металлами).
- Отменные теплоизоляционные свойства в перпендикулярном к основе направлении.
- Высокая прочность, эрозионная устойчивость, коррозионная стойкость.
Пластинчатые заготовки, пленочные покрытия из анизотропного пирографита используют при изготовлении ответственных узлов и деталей в авиационной промышленности, химической отрасли, атомной энергетике ‒ там, где требуется сочетание уникальных физико-химических свойств этого конструкционного материала.