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石墨板的结构是什么,石墨板的发展历史

2019-11-22 11:32:01

石墨板的发展概况 石墨板就是纤维状的炭。但是,元素碳即使加热到3000也不会熔化,不可能把元素碳熔化为液体后再抽成丝,因此石墨板不是从煤、焦炭等原料制成的,而是用许多含炭量高的人造纤维或合成纤维在特定的工艺条件下炭化而得到的。早在十九世纪的八十年代,就已发明用天然纤维在高温下炭化而得到石墨板(既耐高温又能导电),曾使用于当时白炽灯泡中的灯丝。二十世纪的五十年代发明了用粘胶丝(如铜氨人造丝,醋酸人造丝)及聚丙烯腈长丝(一种用丙烯腈为原料,在引发剂作用下聚合后抽成的长丝)炭化后生产的石墨板,并供应于市场。


初期生产的石墨板性能不高,其抗拉强度只有3500公斤/厘米2左右,弹性模量只有 0.   28 ~ 0.63 x106公斤/厘米2左右。因此,它只能用作耐高温的保温材料或耐腐蚀的过滤材料,也有一些作为机械工业上的密封材料及吸收电波的材料。 近年来航空工业及宇航技术飞速发展,需要具有如下特性的一种结构材料:它非常坚硬又很轻,抗拉强度很高,热膨胀系数很小,熔点很高而耐腐蚀性能良好。在选择使用各种结构材料时,受到特别注意的是材料的抗拉强度和弹性模量,因此石墨板及其复合材料得到了重视。

石墨板

在六十年代,许多国家对石墨板的生产工艺及原料选择进行了大量的研究工作,特别是1964年英国用聚丙烯腈长丝为原料,采取在2000左右低温预氧化同时加张力的方法,首次制出了抗拉强度为21000公斤/厘米2的高强度、高模量石墨板,并由间断屯产过渡到连续生产(连续预氧化及炭化),使石墨板的产量及质量跃进了一大步。作为一种 发展中的新材料,石墨板越来越显示其重要性,表8 - 2列举了石墨板与其它材料的性能比较。 由表8-2可以看到,高模量石墨板在这几种材料中的比弹性模量,而高强度石墨板则是这几种材料中的比抗拉强度,S-玻璃纤维虽然抗拉强度较高但弹性模量较小,只有硼纤维可以与石墨板媲美,但硼纤维是以钨丝作芯材,硼沉积在钨丝上,因此成本昂贵。 二、碳纤维结构 石墨板的结构当然与原料纤维有很人的区別。经过高温炭化得到的石墨板几乎由纯碳组成,并且是由二维有序的乱层石墨熔炼坩埚微晶所组成的多晶体。


它与完整的石墨晶体有两个重要的差别: 1. 石墨晶格中相邻层间距为3.354A,而构成石墨板的微晶石墨其晶格中的层间距稍大,为3.42A2. 在石墨晶格中,各层之间都有一定的空间相对位置(如呈ABAB结构或A - BCABC结构)。但是,在石墨板的微晶中,层与层之间相对位置不规则,即缺乏三维有序 性,所以称为乱层石墨结构。具有乱层石墨结构的石墨板微品厚度及长度随炭化工艺条件的不同而异。例如,La10~100A,相当于3~30层片,La通常为20~60A,也行长达 250A的。微晶再集合成一定长的单元,称为小纤维,这是组成石墨板的二级单元,小纤维聚集成石墨板。石墨板的多晶结构的理想化模型沁意图。


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