炭質原料和石墨電極的物理化學性質

炭質原料和石墨電極的物理化學性質

炭質原料和炭制品的物理化學性質不同于碳元素，各類炭質原料或炭制品的宏觀組織結構、微觀組織結構差別較大，而炭質原料或炭制品的物理化學性質與其宏觀組織結構、微觀組織結構有密切關系。各類炭制品的物理化學性質不僅受原料性質的影響，也與生產工藝條件有關。為了制定生產工序的工藝控制參數和產品物理化學質量指標，需要經常測定的物理性質有真密度、密度（體積密度）孔隙率、機械強度、彈性模量、電阻率、熱導率、線膨脹系數、抗熱震性和石墨化程度等。經常測定的化學性質有原料的工業分析、元素分析、灰分分析、成品的灰分分析或灰分中的元素分析、抗氧化性等本章將對上述內容逐項敘述，但有關粘結劑和浸漬劑的物理化學性質。

真密度是指不包括孔隙在內材料單位體積的物質質量，常用的測定方法是溶劑置換法，其他方法有氣體置換法、X射線衍射儀測定法（測定晶格參數后再據此計算真密度）。溶劑置換法測定比較簡單，先將試料破碎，篩分后選取一定顆粒度的試樣，用二甲苯（或甲苯、酒精）在一定溫度下浸潤試樣，即用這些液體材料去充填試樣顆粒上的孔隙，然后用比較稱量法求得真密度的大小。中國測定真密度的標準方法（GB615585）為用二甲苯浸潤試樣，用比重瓶法測定其25℃時的密度。使用溶劑置換法測得的真密度只是一個近似數，因為溶劑分子也不能進入所有空隙，使用不同的溶劑，不同的浸潤條件，不同顆粒度的試樣測定的結果也有區別。在科學研究中，有時用氣體置換法測定炭材料的真密度，如用氦氣去充填炭材料骨料顆粒上的空隙，氦氣可以進入除封閉氣孔外的全部空隙，因而用氦氣置換法求得的試樣骨料體積更接近于真實體積，這樣測定的真密度也就更加精確。

材料真密度的大小說明材料基本質點的致密程度及排列規整化程度，對天然石墨或石墨化制品（人造石墨）來說，可以表征石墨結晶完善的程度。測定不同品種炭質原料、焙燒半成品或石墨電極的真密度，可以了解原料的炭化程度及在不同條件下的熱處理程度，如煅燒程度、焙燒程度、石墨化程度。因此測定原料、半成品和成品的真密度對指導生產有重要意義，從真密度的大小還能推測其他一些物理化學性能，如真密度與原料或成品的電阻率成反比，真密度與材料的抗氧化能力成正比。表3-1為石油焦和瀝青焦（焦爐生產）在不同溫度處理后測定的真密度舉例。

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