ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние окисления на прочность графита из "Искусственный графит" Изделия из углеродных материалов часто эксплуатируются при повышенных температурах в присутствии окислительной среды (кислород воздуха, диоксид углерода и др.). Процесс эксплуатации в окислительной среде сопровождается снижением прочности материала [54]. При этом наблюдается увеличение объема пор и рост проницаемости. Было изучено развитие пористости и изменение прочности и проницаемости на образцах крупнозернистого (ГМЗ) и мелкозернистого (АРВ) графитов (являющихся наиболее характерными представителями этих двух классов) при окислении их кислородом воздуха при 600—700 С соответственно [55]. Образцы имели диаметр 10, длину 15 мм окисление проводили в потоке воздуха в вертикальной печи, а нагрев до заданной температуры и охлаждение - в потоке аргона. [c.84] По достижении заданной температуры, образец выдерживали в печи 10 мин, после чего в реакционное пространство подавали осушенн) 1Й воздух со скоростью 5 л/ч. Потерю массы (А/п) при окислении определяли в процентах по отношению к массе исходного образца. Холостые опыты показали отсутствие потерь массы при нагреве образов в атмосфере аргона. Изменение пористости при окислении характеризовали ее объёмом (методом ртутной порометрии), коэффициентом фильтрации (/Сф) и величиной удельной поверхности (5уд). [c.84] Примечание. В числителе — данные для ГМЗ, в знаменателе — для АРВ. [c.84] Таким образом, в процессе окисления графита ГМЗ происходит разработка как макропор, так и переходных пор, причем увеличение объема пор с эффективным радиусом от 0,1 до 6 мкм вносит наибольший вклад в рост объема открытой пористости. [c.85] Особенности пористой структуры АРВ (большой объем пор, узкое одномодальное их распределение по размеру эффективных радиусов отсутствие крупных макропор с Лэ 10 мкм) вносят некоторое своеоб разие в изменение /С ф при окислении. Так, для АРВ не имеет места рез кое возрастание /С ф при достижении определенной потери массы, как это наблюдается для ГМЗ. Это, видимо, связано с отсутствием в АРВ макропор, которые вступают в строй как транспортные каналы после образования между ними соединений при окислении или после расширения макропор за счет выгорания углерода. Для АРВ характерно равномерное увеличение Кф, что соответствует ранее найденной для графита линейной зависимости между Кф и пористостью при постоянстве среднего эффективного радиуса пор [31]. Действительно, у АРВ при окислении не происходит перераспределения объемов пор по эффективным радиусам средний радиус остается постоянным и проницаемость растет пропорционально увеличению объема пор. [c.86] Разрушение графита, как показано в работе [39], идет по коксу из связующего, который образует мостики между зернами наполнителя, обеспечивающие спекание и прочность искусственного графита. При разрушении, как правило, трещины обходят зерна наполнителя. Допустим, что при окислении в первую очередь происходит выгорание кокса связующего, так как он более порист, имеет более высокую реакционную способность, а также экранирует зерна наполнителя от воздействия окислителя. В этом случае уменьшение объема кокса связующего при окислении должно быть пропорционально потере массы, т.е. рост пористости обусловлен в основном изменениями в коксе связующего. Тогда можно предположить, что прочность окисленного материала связана с количеством кокса из связующего (образующего мостики между зернами), остающимся в образце после окисления. Отнесем усилие разрушения к площади, занимаемой коксом связующего в поперечном сечении образца. Тогда прочность должна оставаться постоянной, не зависящей от величины потери массы при окислении. Как видно на рис. 36, действительно, относительная прочность на сжатие, рассчитанная на площадь, занимаемую коксом из связующего, с,учетом развития пористости при окислении оказалась практически не зависящей от величины потери массы. [c.87] Площадь, занимаемую коксом связующего в графите, определяли, исходя из содержания связующего в композициях (например, 0,22 и 0,3 массовые доли пека в единице массы композиции для ГМЗ и АРВ соответственно) и принимая выход кокса из него 70 %. В поперечном сечении образца должно сохраняться среднее значение соотношения между наполнителем и коксом связующего. Считая, что потеря массы при окислении происходит только за счет кокса связующего, относили ее к содержанию кокса связующего. Вычисление прочности на сжатие в предположении, что разрушение происходит только по коксу связующего (мостикам между зернами наполнителя), производили по выражению а = а с, где а — прочность на сжатие, рассчитанная по площади, занимаемой коксом связующего с учетом потери массы при окислении о - предел прочности на сжатие образцов с - доля кокса связующего, оставшегося в образце. [c.87] При больших потерях массы при окислении они превышают расчетное содержание кокса связующего. При этом наблюдается катастрофическое падение прочности образца при окислении, видимо, затрагиваются и зерна наполнителя в местах, где они не экранированы коксом связующего. Однако в основном с кислородом реагирует кокс связующего. [c.87] Вернуться к основной статье