石墨密封材料的结构性质——真密度和假密度
石墨材料的许多物理化学性质都与其宏观组织有关。表征宏观组织结构性质的一些物理量为真比重、假比重、孔隙度、比孔容积、孔径分布及气体渗透率等。针对石墨密封材料使用条件的不同，都规定了在特定使用条件下的有关宏观组织结构性质的技术指标。因此，研究石墨材料的宏观组织结构性质以及它们间的相互关系是十分重要的。比如，在研究石墨材料的浸渍工艺就必须从了解材料的宏观组织结构入手。
(1)真密度和假密度
石墨材料属于多孔物质，衡量多孔物质的密度有几种测定方法，在石墨材料生产使用过程中主要测定真密度及假密度，对炭素原料有时需要测定颗粒堆积密度。
①真密度：真密度是指不包括孔隙度在内的每单位体积的重量。要测出不包括孔隙度在内的每单位体积的真实重量，最常用的方法是溶剂置换法，气体置换法及X射线衍射仪测定法。表1列出了溶剂转换法测得的真密度。
表1 溶剂置换法测得的炭素质料真密度
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原料 |
真密度，g/cm3 |
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原焦 |
1300℃煅烧后 |
2300℃石墨化后 |
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石油焦A |
1.728 |
2.016 |
2.228 |
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石油焦B |
1.38 |
2.08 |
2.24 |
|
石油焦C |
1.37 |
2.08 |
2.24 |
|
沥青焦 |
1.98 |
2.06 |
2.21 |
|
无烟煤A |
1.50 |
1.77 |
2.17 |
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无烟煤B |
1.64 |
1.83 |
2.18 |
|
无烟煤C |
1.40 |
1.85 |
2.10 |
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冶金焦 |
1.87 |
2.03 |
2.20 |
②假密度：假密度是指原料颗粒或成品试样单位体积的重量。该体积包括气孔体积和骨料的真实体积两部分。不难看出，在骨料真密度不变的情况下，孔隙度越大其假密度越低。可以用假密度的大小来衡量石墨制品宏观组织结构的致密程度。假密度越低则组织结构越疏松。
假密度是石墨制品的一项重要质量指标，这是因为石墨的假密度大小在一定程度上影响着材料的机械性质和物理性质。各种炭质原料的假密度如表2所示。
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原料 |
假密度，g/cm3 |
|
原料 |
煅烧后 |
石墨化后 |
|
石油焦A |
0.9 |
0.97 |
0.89 |
|
石油焦B |
0.82 |
0.99 |
0.9 |
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石油焦C |
0.99 |
1.13 |
1.05 |
|
沥青焦 |
0.80 |
0.8 |
0.89 |
|
冶金焦 |
0.94 |
1.10 |
0.87 |
|
无烟煤 |
1.35 |
1.89 |
1.61 |
石墨制品的假密度与采用的原料性质有关，与配料的颗粒组成及粘结剂用量关系更大，而且与混捏质量、成型压力、焙烧温度或石墨化温度都有一定的关系。经过浸渍的石墨假密度有显著提高，同时各项物理机械性能均有明显变化，如表3所示。
表3 浸渍对假密度等物理性能的影响
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性能 |
未经浸渍 |
沥青浸渍后 |
|
假密度，g/cm3 |
1.55 |
1.65 |
|
总孔体积，cm3/g |
0.215 |
0.125 |
|
孔径大于100μm的孔容积，cm3/g |
0.08 |
0.005 |
|
孔径小于100μm，但大于0.06μm的孔容积，cm3/g |
0.09 |
0.07 |
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热膨胀系数，×10-6/℃ |
4.1 |
4.6 |
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抗拉强度，MPa |
10.5 |
17.6 |
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弹性模量，MPa |
0.91×104 |
1.12×104 |
|
抗折强度，MPa |
19.6 |
22.4 |
|
抗压强度，MPa |
37.1 |
51.4 |
③颗粒堆积密度：颗粒堆积密度是一定粒级的颗粒单位体积的重量。由于在单位体积中不仅有颗粒本身占有的体积，也包括颗粒与颗粒间孔隙占有的体积，所以颗粒堆积密度孝大大低于颗粒本身的假密度。颗粒堆积密度的测定是首先选用一定规格的筛子，筛出一定粒级的颗粒(如10～25mm，2～4mm)，再用一定容积的箱子装一箱刮平，不得摇动，再称重量，就可得颗粒堆积密度为：
颗粒堆积密度=试样重量/容器体积 g/cm3
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