炭素新产品和新技术

炭素新产品和新技术

（1）针状焦美国联合碳化物公司1964年提出超高功率电炉炼钢法，这种方法由于可使生产效率提高1倍以上，电耗降低一半以上，因此发展较快。制造超高功率石墨电极的原料是针状焦，针状焦是一种取向性甚高的石油焦或焦油沥青焦，在平行于粒子轴的方向，其导电、导热性比垂直方向大得多，其内部具有层状结构，破碎后一般呈细长的针状。石油针状焦在美国于50年代首先制成，但在超高功率电极问世后，方得到广泛应用，美国现生产针状焦每年在30万t以上。生产针状焦的原料有石油系、煤系两类。美、英、日等国多数用高温热解焦油、常压渣油、热裂化渣油、直馏和裂化瓦斯油等石油系重质油，用延迟焦化法生产针状焦。我国试用进口石油系、煤系针状焦制造超高功率电极，效果颇好。因此，国内也在积极研制，其关键在原料的预处理和工艺条件的掌握。

（2）同性焦与巨型同向性核石墨对于高温气冷反应堆，特别是大型的高温堆，用作中子缓速剂和反射剂的石墨要求各向同性或近于同性。要求石墨元件在反应堆的高温和高中子通量的条件下，尺寸稳定，变形微小。用石油沥青制造同性焦的关键是严格控制沥青形成中间相物质的条件，使其具有精细的各向同性结构。适宜于炼制同性焦的沥青，具有很高的软化点和很低的中间相转化温度。这种沥青，在温度高于430℃之后，就不再生成中间相了，这与炼制针状焦用的沥青正好相反。沥青中除碳、氢以外的杂原子为氧、硫等，它们可阻止沥青在焦化过程中生成的中间相小球体的融并，杂元素足够多时，就能阻止大块的各向异性中间相的生成，使中间相的物质呈现细致的同向性结构，所以把沥青先用热空气吹制，使其氧含量增大，软化点增高，中间相转化温度低于410~415℃。用这种沥青就能制得同性焦，作为制造低成本的巨型核石墨的材料。

（3）碳纤维及复合材料60年代以来，随着航空、宇宙航行、原子能、电子、医疗体育等新技术的不断发展，要求生产具有各种特异性能的新材料（碳纤维及其复合材料、热解石墨、同性热解炭、活性炭素材料、泡沫热解石墨、热解石墨箔材、碳精膜等），因此有关的研制工作兴盛起来，目前上述炭素新材料已成为这些领域的重要材料，同时在冶金、化工等部门已逐渐加以利用。碳纤维是新兴的纤维材料，它的颜色为黑色，性能稳定，抗化学腐蚀，例如能抗强酸、强碱和各种有机溶剂。特别能耐高温，热膨胀小，当温度在1600~1700℃时，不改变本身原有的形状和强度，加热时不分离出气体，碳纤维的抗拉强度比铝大3倍，比玻璃纤维大6倍，比钢大4倍，而重量只有钢的四分之一。它的导电性好、耐磨，而且还有优良的振动衰减性及自润滑性。碳纤维与其他有机纤维和无机纤维不同。它不受生物侵蚀，具有表面活性，弹性模量高，当温度约为400℃时，与空气接触起氧化作用，但通过适当浸染可显著减少氧化作用。碳纤维按性质和碳化程度分为3类：部分渗碳的，碳的，石墨的。目前工业用碳纤维几乎都是由有机纤维的碳化来制取。