碳素工艺_原创精品文档.pdfVIP

碳素工艺

第一章绪论

炭素材料有良好的导电、导热性能，高温下机械强度良好、耐腐蚀性、价格低廉，来源广泛。

一、炭素工艺发展概论

最古老的炭素材料是用天然石墨、粘土混合起来煅烧成石墨坩埚，在我国有的历史，但作为

导电材料是近代，1806年首次用石墨制成实验室电池。

炭素电极加热到2500℃后变成石墨电极。

灰分（杂质，主要是一些金属的氧化物）

金属氧化物参与电化学反应，消耗阳极，反应后的金属以不同形态进入铝液中，降低铝的品质。

热膨胀系数要求小，减少应力的产生，防止炭块裂纹的生成。

炭素材料是一种无机的非金属材料

二、冶金炭素工业生产工艺流程

原料预处理石油焦、沥青

预碎、煅烧无烟煤、冶金焦

原料粒度分级石墨碎

破碎、筛分

各种粒度原料计量1—6种粒度

连续称量或用磅（称）称量

预热120℃—180℃

（全部固体原料）

阴极糊混捏150℃——210℃沥青、生碎（成型后的废品）

电极糊连续混捏或用混捏锅混捏

捣缝糊

成型110℃——150℃

挤压成型、模压成型、振动成型

半石墨化1800℃——2300℃焙烧800℃——1300℃石墨化2500℃——2800℃

机械加工或组装

预备阳极炭块

阴极炭块

高炉炭块

半石墨化的阴极炭块

石墨化的阴极炭块

1

第二章炭和石墨材料

一、自然界中的碳

碳在地球上的含量0.027%，占地球化学元素含量中13位，以单质碳和化合物的形式存在。

单质碳：金刚石、石墨、无定形碳。

1、自然界中的单质碳

金刚石：坦然形成

石墨：天然石墨、人造石墨

无定形碳：木炭、煤炭、焦炭

2、碳原子的结合方式

1）电子的运动状态：原子是带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，是整个原子的中心。

A）电子层：K、L、M、N、O、P、Q

K层电子能量最低，最外层电子能量最高

B）电子亚层和电子云形状：同一层中电子能量不同形成电子亚层。S＜P＜D＜F等表示，S层

的电子云的形状是球形，P层是倒“8”字形。

C）电子云在空间的伸展方向：P层电子沿着xyz轴方向延伸。

2

D）电子的字璇：一个原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子，每层的电子数2n。

3、原子核外电子分布与周期系

电子只能占据能量最低级

第一周期第二周期

H1s1Li1s22s1

222

He1sBe1s2s

221

B1s2s2p

221

C1s2s2p

宏特定律：属于同一电子亚层各个轨道上，电子竟先占据不同的轨道，自旋方向平衡。

在一定条件下，碳原子的一个2s电子可以激发到2p的轨道上。

二、不同形态单质碳的性质

1、金刚