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石墨材料具有的特性

2019-05-21

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石墨材料主要由多晶石墨构成,属于无机非金属材料,但因它具有良好的热,电传导性而被称为半金属.石墨具有比某些金属还要高的热,电传导性,同时具有远比金属低的热膨胀系数,很高的熔点和化学稳定性,这就使它在工程应用中具有重要的价值.石墨具有很好的耐腐蚀性,不与任何有机化合物起反应.
石墨又是一种耐高温材料,在高温下石墨不会熔化,石墨还具有良好的抗热震性能.石墨具有很好的自润滑性能.

石墨的缺点是抗震性性能差,随着温度的升高,氧化速度加剧.

四、性能参数

1.材料的平均颗粒直径

材料的平均颗粒直径直接影响到材料放电的状况。材料的平均颗粒越小,材料的放电越均匀,放电的状况越稳定,表面质量越好。
对于表面、精度要求不高的锻造、压铸模具,通常推荐使用颗粒较粗的材料,如ISEM-3等;对于表面、精度要求较高的电子模具,推荐使用平均粒径在4μm以下的材料,以确保被加工模具的精度、表面光洁度。材料的平均颗粒越小,材料的损耗情况就越小,各离子团之间的作用力就越大。比如:通常推荐在精密压铸模具、锻造模具方面,ISEM-7已足以满足要求;但客户对于精度要求特别高时,推荐使用TTK-50或ISO-63材料,以确保更小的材料损耗,从而保证模具的精度和表面粗糙度。
同时,颗粒越大,放电的速度就越快,粗加工的损耗越小。主要是放电过程的电流强度不同,导致放电的能量大小不一。但放电后的表面光洁度也随着颗粒的变化而变化。

2.材料的抗折强度

材料的抗折强度是材料强度的直接体现,显示材料内部结构的紧密程度。强度高的材料,其放电的耐损耗性能相对较好,对于精度要求高的电极,尽量选择强度较好的材料。比如:TTK-4可以满足一般电子接插件模具的要求,但有些有特殊精度要求的电子接插件模具,可以选用同等粒径,但强度略高的材料TTK-5材料。

3.材料的肖氏硬度

在对石墨的潜意识认识中,石墨一般会被认为是一种比较软的材料。但实际的测试数据及应用情况显示,石墨的硬度要比金属材料高。在特种石墨行业中,通用的硬度检验标准是肖氏硬度测量法,其测试原理与金属的测试原理不同。由于石墨的层状结构,使其在切削过程中有非常优越的切削性能,切削力仅为铜材料的1/3左右,机械加工后的表面易于处理。 但由于其较高的硬度,在切削时,对于刀具的损耗会略大于切削金属的刀具。与此同时,硬度高的材料在放电损耗方面的控制比较好。在我司的EDM用材料体系中,对于应用较多的同等粒径的材料均有两款材料可供选择,一种硬度略高,一种硬度略低,以满足各种不同要求的客户的需求。如:平均粒径为5μm的材料,有ISO-63和TTK-50;平均粒径为4μm的材料,有TTK-4和TTK-5;平均粒径为2μm的材料,有TTK-8和TTK-9。主要是考虑到各种类型的客户对于放电和机械加工的偏重方向。

4.材料的固有电阻率

根据我司对于材料的特性统计,如果材料的平均颗粒相同,电阻率大的放电速度会比电阻率小的慢。对于同等平均粒径的材料,电阻率小的材料,其强度和硬度也会相应略低于电阻率高的材料。即,放电的速度、损耗会有所不同。故此,根据实际应用的需要选择材料非常重要。 由于粉末冶金的特殊性,对于每一个批号材料的各参数都有其材料的代表值有一定的波动范围。但同一档次的石墨材料,其放电效果非常接近,由于各种参数造成的应用效果的差异非常小。 电极材料的选择直接关系到放电的效果,在很大程度上材料的选取是否恰当,决定了放电速度、加工精度以及表面粗糙度的情况。
五、工艺技术特征:
1. 耐高温
石墨是目前已知的耐高温的材料之一。在2000ºC之上时,一般材料早已化为气体,或呈熔融状态,就是一些难容的金属在2500 ºC左右也会失去强度。如钨是已知的金属中熔点很高的,达3600 ºC,但在此温度下石墨是不会融化的,它的熔点为3850 ºC±50 ºC,沸点答4250 ºC把各种耐温的材料置于7000 ºC超高温电弧下10s,石墨损失很小,按重量计算,石墨算是0.8%,尼龙纤维增强酚醛塑料损失1.2%,碳化硅损失1.7%,高铝钢玉损失8.2%,耐高温的金属氧化物-----氧化锆损失12.9。 由此可见,石墨的奶高温性能是很突出的。
一般材料在高温下强度逐渐降低,而石墨在加热到2000 ºC,其强度反而较常温时提高一倍。但石墨的耐氧化性能差,随着温度的提高,氧化速度逐渐增加。

2. 特殊的抗热震性能
石墨具有良好的抗热震性能,当温度急剧变化时,热膨胀系数小,因而具有良好的热稳定性,在温度急冷急热的变化中,不会产生裂纹。

3. 导热性和导电性
石墨具有良好的导热导电性,虽然石墨的导电性不能与铜、铝等技术相匹敌,但与一般的材料比,其导热导电性是相当高的,如比不锈钢高4倍,比碳素钢高2倍,比一般的非金属高100倍。
石墨的导热性,不仅超过钢、铁、铝等金属材料,而且随温度升高,导热系数降低,这和一般金属材料不同,一般技术的导热系数随着温度的升高而增大。在极高的温度下,石墨甚至趋于绝热状态。因此在超高温条件下,石墨具有隔热性。

4. 润滑性
石墨的润滑性能类似于二硫化钼,摩擦系数小于0.1。其润滑性能随鳞片大小而变,鳞片愈大,摩擦系数愈小,润滑性能愈好。

5. 可塑性
石墨具有可塑性,可展成透气透光薄片,但高强石墨硬度很大,以致用金刚石刀具都难以加工。

6. 化学稳定性
常温下石墨具有良好的文化稳定性,能耐酸、耐碱、耐有机溶剂的腐蚀,但高温时易氧化

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