成都新德南光机械设备公司 > 石墨的特性及其在真空炉内的应用

石墨的特性及其在真空炉内的应用

来源：顶立科技 | 发布时间：2014-07-27 |

一、石墨的分类

1、按碳含量分类
分类	碳含量
高纯石墨	≥99.9%
高碳石墨	≥94%
中碳石墨	≥80%
低碳石墨	≥50%
2、按成型方式分类
分类	备注
等静压石墨
模压石墨
挤压石墨
振实成型石墨
3、电极石墨按颗粒度分类
分类	粒度
细结构石墨	＜0.8mm
中粗石墨	0.8mm
电极石墨	2~4mm

二、石墨的生产工艺

三、石墨的特性

1、真空炉常用石墨的物理、力学性能

主要性能	等静压石墨	模压石墨	振实石墨	检验依据
电阻率	9~15μΩm	7~13μΩm	5~9μΩm	YB/T 120-1997 炭素材料电阻率测定方法
体积密度	≥1.8g/cm3，各向同性，均匀性好，边缘与中心密度差约为0.5%	≥1.7g/cm3，与压制方向和位置有关，均匀性差，边缘与中心密度差约为10%	≥1.5g/cm3	YB/T 119-1997 炭素材料体积密度测定方法
抗压强度	≥70MPa	≥70MPa	≥35MPa	GB/T1431-2009 炭素材料耐压强度测定方法
抗折强度	≥35MPa	≥35MPa	≥17MPa	GB/T 3074.1-2008 石墨电极抗折强度测定方法
肖氏硬度	45~55	45~55	45~55
灰分	≤700ppm	≤700ppm	≤1000ppm
平均粒度	18~25μm	18~25μm	≤800μm
热膨胀系数	≤5×10-6/℃	≤5×10-6/℃	≤5×10-6/℃	GB/T 3074.4-2003 石墨电极测定方法石墨电极热膨胀系数（CET)测定方法
弹性模量	10~12GPa	10~12GPa	10~12GPa	GB/T 3074.2-2008 石墨电极弹性模量测定方法

2、石墨的电阻率

2.1、石墨的电阻率范围

种类	电阻率（μΩ.m）
等静压石墨	9~15
模压三高石墨	7~13
振实成型细颗粒石墨	5~9

2.2、电阻率与粒度、密度、石墨化度、灰分的关系

影响因素	电阻率
粒度	反比
密度	反比
石墨化度	反比
灰分	另外，通过增加不同的成分，可以很大程度调节石墨的电阻率

2.3、电阻率与温度的关系

一般，根据热平衡法计算设备的功率都是设备在最高温度时的功率；

如用户对升温的速率要求比较快，则需要计算最快升温速率时的功率输出；

所以我们需要了解的是在工作中的发热体真实电阻。但由于很多厂家都没有高温时测量发热体真实电阻的能力，所以，一般进行检验时检测的为低温时的电阻，再根据电阻温度系数去推断。

图1：国产石墨电阻温度关系曲线

图2：进口石墨电阻温度关系曲线

3、石墨的表面负荷

3.1、石墨的表面负荷由温度决定。建议当温度在1000℃左右连续运行时，加热区表面积的电负荷不超过35W/cm2；在短期运行时，加热元件的电负荷可在50W/cm2或以上；当温度超过1000℃时，电负荷应降低。

3.2、石墨的表面负荷与温度的关系

图3：石墨表面负荷与温度关系曲线

4、石墨的强度

4.1、石墨强度分析

石墨的强度越好，使用寿命越长，但成本越高，应根据石墨在不同炉型、不同部位的使用特点，合理的选择，以求达到最经济合理的设计。

4.2、加热元件在2600℃以下，随着温度的升高，其机械强度会进一步增强，然而，当温度超过2600℃时，其机械强度便会逐渐下降。

4.3、温度对石墨强度的影响

图4：石墨的强度温度曲线

4.4、强度对发热体结构设计的影响

A、从石墨的力学性能指标可以看出，石墨的抗压强度远好于石墨的抗折强度，所以，在布置石墨发热体时，尽量采用竖直向上的布置，可以改善石墨的受力环境，延长石墨寿命；

B、由于石墨有一定的热膨胀量和较大的弹性模量，而本身强度不是太好，所以，一定要充分考虑石墨的热膨胀；

C、悬挂件比承重件好；

D、一端自由延伸比两端同时约束好；

E、两端同时约束时一定要考虑至少一端有膨胀间隙；

5、化学性能

5.1、石墨抗氧化性能与现象

石墨在大气中450℃开始剧烈氧化，氧化后在发热体表面出现白色粉末；

氧化的部位往往出现在炉内充气口和排气口。

5.2、石墨的氧化性与炉内真空度的关系

A、真空度越高，越不容易氧化；

B、真空度较高时仍然氧化，则可能出现“过堂风”，应检测设备的压升率；

C、中低温设备的氧化程度比高温设备氧化更严重；

5.3、石墨与其它气体的反应温度

气体种类	明显反应温度
氮气（干燥纯净）	3000℃
氢气	1100℃
氯气	2800℃

6、石墨的沸点与升华

6.1、石墨的溶点3652℃,沸点4827℃

6.2、石墨在不同温度下的蒸气压

图5：石墨在不同温度下的蒸汽压

6.3、如何抑制石墨的升华

加热元件可达到的温度取决于其真空度。由于在2200℃以上石墨会发生升华，因此不建议真空下（＜10-3Pa）在超过2200℃的的温度使用，但可以在3000的非氧化性，还原性、或保护性惰性气氛中使用。

7、石墨的膨胀

7.1、石墨的膨胀系数

石墨的膨胀系数较小，一般为2×10-6Pa~6×10-6Pa之间，密度越大，膨胀系数越大，密度越小，膨胀系数越小；粒度越大，膨胀系数越小，粒度越小，膨胀系数越大。

7.2、石墨的膨胀系数与温度的关系

• 真空知识普及
• 真空退火炉的热周期
• 立式真空烧结炉的原理
• 真空氢气炉
• 真空炉
• 真空储存柜
• 光刻机
• 真空机组
• 真空泵
• 真空热处理炉

• 手机: 13540650355
• 传真: 028-87682660
• 邮箱: 1098284486@qq.com
• 网址: www.wenkzz.com
• 地址: 四川省成都市武侯区逸都路29号