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石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基石墨毡、聚丙烯腈基(PAN基)石墨毡和黏胶基石墨毡三种,主要用途是作为单晶硅冶炼炉的保温、隔热材料。在化学工业中可作为高纯度腐蚀性化学试剂的过滤材料。工艺将聚丙烯腈基炭毡或黏胶基炭毡裁成所需尺寸,卷成筒状装入石墨材料做的容器内,将石墨容器置于高温炉内(高温炉为石墨管炉、中频、高频感应炉或其他加热形式的高温炉),用抽真空或通高纯惰性气体保护,以100~300℃/h的升温速率加热到2200~2500℃,再自然冷却至100℃即得。
真空炉保温的加热元件有金属和非金属之分,分别叙述如下。金属加热元件 通常分为两种:一种为贵重金属,如钼、铂、钨、钽等;另一类为一般金属,如镍铬耐热合金、铁铬铝合金、钼钨合金等。非金属加热元件 有石墨和化合物两种。化合物有碳化硅、硅化钼、二氧化钼等。其中碳化硅在高温下易黏结分解,而二氧化钼在1300℃时会软化。只有石墨具有加工性能好、耐高温、耐急冷急热性好、塑性好、辐射面积大、抗热冲击性能好等特点,适于制作加热元件。
碳纤维是一种新型碳材料,是二十一世纪社会发展和工业进步不可缺少的一种工业材料,它代表了一个国家材料科学发展水平。作为一种单体材料,碳纤维集多种优异性能于一体。包括力学性能:高比强度、高比模量、耐摩擦、抗蠕变;热学性能:导热、热容量低、热膨胀系数小;化学性能:耐高温、耐腐蚀;电学、磁学性能。导电、电磁屏蔽性好、X射线透过性好等特点,可广泛应用于摩擦材料、高温保温材料、高档密封材料、防静电材料、C/C复合材料的增强材料、电热及建筑等领域。
真空炉保温材料一般是指热系数小于或等于0.12的材料。保温材料发展很快,在工业和建筑中采用良好的保温技术与材料,往往可以起到事半功倍的效果。建筑中每使用一吨矿物棉绝热制品,一年可节约一吨石油。传统的保温隔热材料是以提高气相空隙率,降低导热系数和传导系数为主。纤维类保温材料在使用环境中要使对流传热和辐射传热升高,必须要有较厚的覆层;而型材类无机保温材料要进行拼装施工,存在接缝多、有损美观、防水性差、使用寿命短等缺陷。为此,人们一直在寻求与研究一种能大大提高保温材料隔热反射性能的新型材料。
真空炉保温是利用热媒水的相变进行热交换的,燃料燃烧释放出的热量被热媒水吸收,当温度上升至某真空状态下的饱和温度时,蒸发成饱和和蒸汽,完成第一次相变过程。凝结水流进蒸发室继续吸热,完成相变循环。真空热水锅炉的下部结构由燃烧室和传热管束组成;上部为真空室,其中插入了U型管热交换器;真空室外接抽气单元,使真空室保持稳定的真空度,并将真空室内不凝结气体抽出,提高U型热交换器的换热效率。
石墨坩埚以天然鳞片石墨为主体原料,以可塑性耐火粘土或炭质为粘结剂加工而成,具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好,使用寿命长等特点。碳纤维复合保温材料在高温使用过程中,热膨胀系数小,对急冷、急热具有一定抗应变性能。对酸性、碱性溶液抗蚀性较强,具有优良的化学稳定性,在熔炼过程中不参与任何化学反应。碳纤维复合保温材料价格石墨坩埚内壁平滑,被熔化的金属液体不易渗漏和粘附在坩埚内壁,使金属液体有良好的流动性和浇铸性,适用于各种不同模具浇铸成型。由于石墨坩埚具有以上优良特性,被广泛用于合金工具钢冶炼和有色金属及其合金的冶炼。