Investigation of the Porous Graphite Structure for Silication
Keywords:
graphite for siliconizing, mercury porosimetry method, porous structure, pore size distribution, density of siliconized graphite, silicon carbide contentAbstract
This article presents the results of a study of the porous structure and physicomechanical properties of graphite intended for impregnation with molten silicon. The study of the porous structure of graphite has been carried out by the method of mercury porosimetry, based on the property of mercury not to moisten solid carbonaceous bodies and to fill the pores only at the corresponding hydrostatic pressure. Each pressure value corresponds to a certain pore diameter. The analysis of mechanical strength under compression, of apparent density, total, open and closed porosity of industrial graphite for siliconizing has shown unevenness of its properties and porous structure. Graphite for siliconizing is characterized by high density and microcracking. The analysis of mercury porogram of graphite samples has confirmed the unevenness of its porous structure. The average pore diameter of graphite samples widely varies from 3 to 21 micrometers. All graphite samples are distinguished by a large number of pores of less than one micrometer, into which the molten silicon penetrateswith difficulty. Of the nine graphite samples studied, five samples are distinguished by a low (2–5 %) content of large pores over 100 micrometers; in four graphite samples the number of pores over 100 micrometers is quite significant and varies within 10 ... 20 %. According to the research results, the presence of large pores in graphite also reduces the efficiency of impregnation and impairs the properties of siliconized graphites. Determination of the physicochemical properties of graphite impregnated with molten silicon has shown that, despite the non-uniformity of properties and porosity of the initial graphite, sufficiently high apparent density of siliconized graphite is reached, which is 2.24–2.27 g/cm3 and meets the requirements. However, the uneven porosity of graphite leads to decreasing content of silicon carbide. Only in five samples of the siliconized graphite the silicon carbide content has been reached at the minimum level of requirements of 22.23 %. In four samples the content of silicon carbide is below the permissible value and equals 20 %. The results allow us to conclude that it is necessary to reduce the density of graphite for siliconizing and reduce the number of pores less than 1 micrometer and more than 100 micrometers.
References
Чалых, Е.Ф. Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий / Е.Ф. Чалых. – М.: Металлургия, 1972. – 432 с.
Деев, А.Н. О формировании пористой структуры углеграфитовых материалов / А.Н. Деев, Г.Н. Багров, Т.В. Лукина // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 3. – М.: Металлургия, 1967. – С. 55–63.
Трабанов, А.С. О макропористой структуре углеродных материалов / А.С. Тарабанов, П.Н. Махалов, Г.М. Бутырин // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 5. – М.: Металлургия, 1970. – С. 45–51.
Тарабанов, А.С. Силицированный графит / А.С. Тарабанов, В.И. Костиков. – М.: Металлургия, 1977. – 207 с.
Изменение пористости и проницаемости углеродного материала в процессе термической обработки / В.С. Островский, И.Н. Крутова, Т.Д. Шашкова, А.П. Федосеев // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 3. – М.: Металлургия, 1967. – С. 205–208.
Тарабанов, А.С. Плотность и состав силицированного графита в зависимости от пористо-сти реагирующего с кремнием углерода / А.С. Тарабанов, В.А. Поляков, В.Н. Бобковский // Раз-работка и исследование конструкционных углеродных материалов: сб. науч. тр. – М.: Металлургия, 1984. – С. 42–44.
Влияние дисперсности тонкого помола на формирование пористой структуры и свойства углеграфитовых материалов / Н.Н. Мохова, Н.П. Молоток, М.С. Оренбах, С.Д. Федосеев // Про-изводство углеродных материалов: сб. науч. тр. – Челябинск: Южно-Уральское изд-во, 1980. –
С. 3–14.
Чурилов, Ю.С. Исследование микропористости углеграфитовых материалов / Ю.С. Чурилов, Ю.С. Виргильев // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 4. – М.: Металлургия, 1969. – С. 156–161.
Железняк, А.Ю. Исследование поровой структуры углеродных материалов на ртутном порозиметре «МIКRОМЕRIТIСS» «Аvtо Роге» / А.Ю. Железняк, Н.П. Нонишнева, А.А. Бухарова // Сб. тез. докл. 4-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2005. – С. 103.
Бутырин, Г.М. Пористая структура искусственного графита и её классификация по удельному объёму и размерам пор / Г.М. Бутырин, М.И. Рогайлин, Е.Ф. Чалых // Химия твёрдого топлива. – 1971. – № 1. – С. 131–146.
Оглоблина, И.П. О применении метода ртутной порометрии к исследованию структуры углеродистых материалов / И.П. Оглоблина // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 1. – М.: Металлургия, 1964. – С. 224–236.
Фиалков, А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе / А.С. Фиал-ков. – М.: Аспект Пресс, 1977. – 718 с.
Фиалков, А.С. Процессы и аппараты производства порошковых углеграфитовых мате-риалов / А.С. Фиалков. – М.: Аспект Пресс, 2008. – 687 с.
Искусственный графит / B.C. Островский, Ю.С. Виргильев, В.И. Костиков, Н.Н. Шип-ков. – М.: Металлургия, 1986. – 272 с.
Бутырин, Г.М. Высокопористые углеродные материалы / Г.М. Бутырин. – М.: Химия, 1976. – 190 с.
Влияние технологических факторов на формирование пористой структуры в углеграфитовых материалах / А.С. Тарабанов, П.Н. Махалов, Г.А. Соккер, Ж.М. Бутырин // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 2. – М.: Металлургия, 1966. – С. 44–52.
Черных, В.А. Некоторые закономерности формирования пористости в искусственном графите / В.А. Черных, А.М. Сигарев, В.К. Соляков // Конструкционные материалы на основе графита: сб. науч. тр. № 2. – М.: Металлургия, 1966. – С. 35–43.
Нонишнева, Н.П. Влияние различных добавок на формирование пористости углеграфитовых материалов / Н.П. Нонишнева // Сб. тез. докл. 9-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2014. – С. 243–246.
Островский, В.С. Закономерности развития пористости в углеродных материалах при термической обработке / В.С. Островский // Химия твердого топлива. – 1991. – № 6. – С. 118.
Изучение микроструктуры и пористости поликристаллических графитов для кристаллизаторов установок непрерывного литья / Т.А. Островская, Г.М. Бутырин, А.В. Харитонов, Н.Н. Шипков // Разработка и исследование конструкционных углеродных материалов: сб. науч. тр. – М.: Металлургия, 1988. – С. 101–108.
