炭素材料焙烧的目的及过程
发布日期： 2019-04-29 11:26:21 阅读量（1003） 作者：刘梓明
炭素材料焙烧过程实际上是使生胚通过热处理(大约1000℃)将黏结剂炭化为黏结剂焦的过程。即将压制好的生胚放置在焙烧炉内，隔绝空气进行加热，黏结剂在一定温度下，进行一系列的物理化学反应，总称为焦化反应或炭化反应，在炭骨料表面生成一定厚度的黏结剂胶膜，通过黏结剂焦而使炭粉颗粒与颗粒之间连接成具有一定机械强度和理化性能的整体。焙烧过程是一个初期炭化过程。但它形成了对高温炭质的性质有决定意义的基本结构，是炭化中最重要的过程，特别是液相炭化过程，如果控制了炭化反应，就能制得高强度的黏结剂焦。经过焙烧阶段，生胚发生显著变化，体积收缩，强度提高，但由于微孔的形成，体积密度稍有降低，而热导率和电导率大为提高。
炭素材料焙烧的目的为：
①获得黏结焦，使分散的炭颗粒能成为有机的整体，也就是使黏结剂完成炭化过程;
②使制品结构趋于更加均匀，且无内外裂纹、空洞与气孔等缺陷;
③使制品具有一定的几何尺寸、形状和机械强度及性能。焙烧制品的机械强度和性能取决于焙烧时黏结剂转变成黏结剂焦炭的数量，而机械性能与焦化值有直接关系。
炭素材料焙烧过程的主要阶段
毛坯在焙烧过程中的焦化反应过程受到各种条件如升温速度、体系的气氛和压力、装炉方法、填充料等的影响而变得极为复杂，就焙烧过程而言，黏结剂分解、缩聚、成焦并不是均匀进行，而是呈现一定阶段性，大致上可把焙烧过程分为四个阶段。
第一阶段为预热阶段，室温至明火温度约350℃，制品温度在20CTC左右，在此阶段中主要是黏结剂软化。制品在此阶段中处于塑性状态，体积略有膨胀，这时，由于制品体内的温差和压力差，黏结剂产生迁移，液态的黏结剂缓慢地扩散、流动、重新分布，但还没有发生明显的化学和物理化学变化，主要排出吸附水。
第二阶段为成焦阶段，明火温度350〜800℃,制品温度200〜700℃,制品温度在300℃以下时，毛坯随着温度升高而排出水分、二氧化碳、轻油等，并部分进行脱氢缩聚反应，主要是沥青中的石油质和沥音质逐渐缩聚成分子量更大的苯不溶物，由于热分解而新形成的物质的排出几乎占挥发物总量的20%。300℃以上时，此阶段是影响焙烧质量的关键阶段。黏结剂进行大M复杂的分解、聚合、环化、芳构化反应，黏结剂进行分解并和分解产物的再聚合同时进行，形成中间相、中间相长大，形成前驱体。在400℃时，制品幵始出现结焦，似强度仍很低，而沥宵的黏结性降低。500℃左右，虽然还有少量挥发分，何炭的堪本结构Li形成。500〜550℃形成半焦，由沥青热分解而1:.成的挥发物，堆本I:在600〜65(TC以前排出，700〜750℃形成焦炭。为了提高沥冉析焦率，改稗制品观化性能，该阶段必须均匀缓慢地幵温。若升温过快，挥发分急剧排除，制品内外温差加大，弓丨起热应力，就会导致制品裂纹的生成。此外，在这阶段排出的大量挥发分充满着整个炉室，这些气体在炽热的制品表面分解，而产生固体碳，沉积在制品的气孔和表面上，提高了产焦率，并使制品的孔隙封闭，强度提高。本阶段反应最主要的特点是，官能团的聚合和分解及排出的气体中氢含量逐渐增加。
第三阶段为排除外围异类原子阶段，明火温度800〜1KKTC,制品温度700〜100(TC之间。在此阶段中，黏结焦中形成大型的芳香族平面分子，平面分子的外围异类原子及原子基团发生断裂被排除，随着温度的升高，平面分子发生重排现象。900℃以上边缘氢原子逐渐断裂与排除，同时黏结剂焦进一步收缩及致密化，这时，化学过程逐渐减弱，内外收缩逐渐减少，而真密度、强度、导电性都增加。在高温烧结阶段，升温速率可以提高一些，在达到最高温度后，还要保温15〜20h。
第四阶段为冷却阶段，冷却时，降温速率可以比升温速率稍快些，但由于制品热导率的限制，制品内部降温速率小于表面的降温速率，从而从制品中心到表面形成大小不同的温度梯度及热应力梯度。若热应力过大，会引起内外收缩不均匀而产生裂纹，所以降温也要有控制地进行。
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