石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用-青岛中孚行贸易有限公司

石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用撰稿人：NicholasT.Mares报告人：张世忠CFMSA培训班2008.3石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用•本报告分五部分–基本的配方–在不同的配方和市场中石墨和焦炭的应用种类–石墨和焦炭在摩擦材料中的功能–石墨和焦炭材料的分类–几种有代表性的材料在盘式片的DEA测试•半金属配方金属纤维金属粉末摩擦粉焦碳石墨酚醛树脂重晶石橡胶•陶瓷配方酚醛树脂芳纶重晶石陶瓷纤维铜纤维腰果壳橡胶二硫化钼石墨焦碳硫化锑其它的金属硫化物钛酸钾其它填料•NAO配方各种有机纤维摩擦粉橡胶石墨焦碳酚醛树脂芳纶云母金属硫化物配方石墨和焦炭在配套产品的应用配套产品半金属配方陶瓷配方鼓式片烧结式的人造石墨美国欧盟亚洲85%65%70%65%60%65%20%15%20%50%40%45%鳞片石墨美国欧盟亚洲15%35%30%35%40%35%30%45%40%45%55%50%隐晶质石墨美国欧盟亚洲5%5%5%5%5%5%50%35%35%5%5%5%晶质线状石墨美国欧盟亚洲5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%石油焦美国欧盟亚洲90%95%95%95%95%85%80%90%90%10%65%70%冶金焦美国欧盟亚洲10%5%5%5%5%5%20%10%10%0%65%70%碳素在售后产品的应用售后产品半金属配方陶瓷配方鼓式片烧结式人造石墨美国欧盟亚洲75%50%60%60%50%65%10%10%20%40%40%45%鳞片石墨美国欧盟亚洲25%50%40%40%50%35%35%50%40%55%55%50%隐晶质石墨美国欧盟亚洲5%5%5%5%5%5%55%40%35%5%5%5%晶质线状石墨美国欧盟亚洲5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%5%石油焦美国欧盟亚洲85%95%95%95%95%85%80%90%90%10%65%70%冶金焦美国欧盟亚洲15%5%5%5%5%5%20%10%10%0%65%70%•很好的黏着性，很好的成型性•能够帮助形成转移膜•提高润滑性能，大大减少对刹车盘的损耗•缓和摩擦力•具有抗高温性•具有高导热性能，热膨胀系数低•具有抗氧化性能•具有很好的稳定性，几乎不与任何物质发生反应•能有效减少噪音石墨在摩擦材料配方中的作用润滑性•石墨在整个摩擦材料混合物质中的主要作用是缓和摩擦力•摩擦材料的整体摩擦系数可以通过控制润滑剂和非润滑类填料的量比来进行调节。石墨为何具有润滑性？•石墨具有润滑性能是因为它独特的晶体结构，使得石墨层很容段落滑落而在接触表面形成具有润滑性的石墨薄模。薄片结构的形成由于石墨晶体的结构之间微弱的连接而成。•润滑性是基解理的结果，而断裂是由于石墨各向异性导致。什么是“各向异性”？•各向异性是指石墨的一种首选定向的性能，这主要是由化学键的位置决定的。不同的化学键在组织结构中具有不同的位置，那么在结构中所处的物理/化学环境就不同。•材料的的化学惰性、强度、硬度、光学等性能也随着方向的不同而变化各向异性的形态各向异性形态粒子显示了基本的方向各向同性的形态各向同性的形态粒子极少或没有特殊的方向高温摩擦性/润滑性•在500ºC温度范围内，石墨具有良好的润滑性•当温度超过500ºC，润滑性能降低•润滑性能在500ºC以上降低的原因是水分挥发•温度较高时，可以在石墨中加入氟化钙，增加润滑性能•降低的润滑性是可恢复•配方中可以根据温度的不同加入不同的润滑剂来调节润滑性能，如硫化钼和锑类化合物等柔韧性在摩擦面中的重要作用•完美的基解理赋予石墨良好的润滑性能。•石墨的柔韧性，无论接触摩擦面的晶状结构方向如何，都会起到润滑效果。可弯曲性石墨与摩擦面石墨和摩擦转移膜•石墨是一种柔软的物质。•当石墨在摩擦材料复合物的表面受到磨擦时，石墨会附着在摩擦面而形成转移模。•石墨不会熔化，变软或者变黏。因此它不会在摩擦面上形成黏结或结胶。石墨的导热性•石墨是一种非金属的，耐高温的润滑材料，具有良好的热传导性。•石墨能够有效地转移摩擦表面产生的热量•石墨热转移性能在非金属配方中尤其有效•即使摩擦性能暂时降低，导热性不会受影响AsburyGraphiteMills,Inc.Founded1895热传导在摩擦材料中的作用/无石墨无热传导性的摩擦材料迅速形成热点，高温敏感材料的会局部分解而形成烧灼点。以石墨等作填料的热导性复合材料石墨的热传倒性，热量容易散发。不会形成灼烧点。摩擦不均摩擦不均化学和热稳定性•石墨结构中碳原子结合的稳定性,使石墨具有极好的化学稳定性。•在正常的工作温度下，石墨与其他摩擦材料几乎是不反应的。•即使在高温烧结的摩擦材料中，如烧结黄铜，紫铜或青铜这类特殊摩擦材料，石墨也不会与其发生反应。•这就是我们所说的石墨的化学惰性。•以上幻灯片主要解释了为什么在摩擦配方中使用石墨和焦炭材料。•以下幻灯片将向您说明各种不同的石墨和焦炭材料分类。人造石墨•原生人造石墨•普通人造石墨原生人造石墨•是碳素材料经过2500度的高温处理石墨化而成的。•不含沥青粘结剂•粒度从¼英寸到2微米不等•含碳量通常为99%以上普通人造石墨•从电极得来–电极是由针状焦或者海绵状焦和针状焦混合生成。原料的粒度从–¼英寸到+50目•从特殊石墨得来–此种石墨是由各向异性的焦炭的微粉制成。这种原料的粒度可以达到3~5微米。•含碳量–通常从98%到99%上述的材料和沥青混合成形，经过一定时间的2600度高温焙烧石墨化而成。•粒度–车床加工下来的原料在是1英寸以下。然后根据需要被进一步粉碎，碾磨，筛分，来达到客户的要求。人造石墨的微观形态粒度在20微米以下时,其结构则主要呈片状人造石墨的形态石墨化焦•石墨化焦•现有的粒度–0~1英寸–100目到20目–5微米以上的细粉•含碳量99%以上人造石墨的性能类型1Carbon含碳量Size粒度Pd6500psi(g/cc)压制密度Pd32500poundpsi(g/cc)压制密度Expansion@6500psi%膨胀率SA(M^2/g)表面积SV(g/in^3)斯科特容积Tamp.Vol.(cc/g)振实体积针状99.8720X1001.992.2325.50.812.71.17普通99.9920X1001.542.01241.212.731.15石墨化焦99.720X1001.752.21561.713.121.12针状99.8-2001.922.21396.55.701.57普通99.9-2001.722.1116.116.156.291.39石墨化焦99.8-2001.822.19348.94.391.82应用于摩擦材料的人造石墨规格•纯度一般在99%以上•颗粒状的粒度在9mm和0.2mm之间•粉末状的粒度从100㎛到2㎛•艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量•保证粒度分布•保证纯度•包装天然石墨•鳞片石墨（晶质石墨）•晶质脉状状石墨（斯里兰卡石墨）•无定形石墨（隐晶质石墨）天然鳞片石墨•含碳量–原矿•75%~98%含碳量–深加工后•97~99.99%含碳量•粒度–原矿及加工以后•80%+(50/80/100)•80%-(80/100/325)–深加工后•平均从50目到3微米不等•矿藏分布–加拿大–中国–巴西–非洲–挪威–马达加斯加岛天然鳞片石墨的形态天然石墨是一种天然形成的矿物分散的“化石碳”在特定的地质环境中经过高温和压力作用而形成不论颗粒大小,鳞片石墨总是呈现各向异性的形态,首选定向是其规律粗颗粒鳞片石墨标称100+um天然鳞片石墨-主要性能Type类型Carbon含碳量Size粒度Pd6500psi(g/cc)压制密度Pd32500psi(g/cc)压制密度Expansion@6500psi%膨胀率SA(M^2/g)表面积SV(g/in^3)斯科特容积Tamp.Vol.(cc/g)振实体积A9620X1002.172.296.050.689.931.39B9620X1002.142.307.152.007.481.51C9620X1002.132.287.521.407.901.50A96-2002.052.267.442.795.611.65B96-2002.072.2515.313.675.281.70C96-2002.072.278.532.617.701.4应用于摩擦领域的天然鳞片石墨的规格.含碳量在80％到99％之间•经化学方法提纯,含碳量在98%以上.•经过筛分的大鳞片,粒度从0.1到0.8mm之间。•从100微米到3微米的微细粉.•艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量•保证粒度分布•保证纯度•包装天然石墨——隐晶质石墨•矿藏分布–中国–韩国–墨西哥•含碳量–原矿含60%~85%的碳•粒度–原矿从块状到1/4英尺的颗粒.–需要再加工处理成颗粒或粉末状，粒度从½英寸到3微米不等。”隐晶质”石墨•一种天然形成的层状分布矿物质。•它是在一定的地质条件下，由无烟煤的矿层在热力与压力的共同作用下形成的。•并不是真正的非晶体，只是因为微晶体结构无法用肉眼看到。•虽然所有的石墨都具有各向异性的特点,但对于隐晶质石墨来说,直到将其磨到细粉状态时,该特点才能显现出来.隐晶质石墨的性能Carbon含碳量Size粒度Pd6500psi(g/cc)压制密度Pd32500psi(g/cc)压制密度Expansion@6500psi%膨胀率SA(M^2/g)表面积SV(g/in^3)斯科特容积Tamp.Vol.(cc/g)振实体积83.5-2001.812.1612.1819.896.291.3280.120X1001.832.1611.4615.8116.220.86应用于摩擦领域的隐晶质石墨的规格•含碳量在75-85％•从0.5mm到100mm之间的粗颗粒•从100um到3um之间的微细粉•艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量•保证粒度分布•保证纯度•包装天然石墨——晶质脉状石墨•矿藏分布–只产于斯里兰卡•含碳量–含碳量从80%到99%以上•粒度–从1英寸到5微米不等脉状石墨形态斯里兰卡晶质脉状石墨——性能Carbon含碳量Size粒度Pd6500psi(g/cc)压制密度Pd32500psi(g/cc)压制密度Expansion@6500psi%膨胀率SA(M^2/g)表面积SV(g/in^3)斯科特容积Tamp.Vol.(cc/g)振实体积93.5520x1002.202.294.831.5217.600.8598.77-2002.042.257.132.506.941.27所有的石墨都有晶状结构人造石墨隐晶质石墨晶质脉状石墨鳞片焦碳在摩擦配方中的作用•稳定摩擦力•很高的热性能，•不伤摩擦面•能提高摩擦材料内部的孔隙率从而帮助减少噪音•可以延长摩擦材料的寿命焦碳•石油焦•沥青焦•冶金焦石油焦•煅烧海绵状石油焦•煅烧针状焦•煅烧圆形焦•粒度从3英寸到5微米不等。•大多数石油焦，含碳量在99%以上，但是也可以提供含碳量为96%的石油焦。海绵焦形态针状焦形态圆形焦形态EqualPropertiesinalldirections焦碳性能Type类型Carbon含碳量Size粒度Pd6500psi(g/cc)压制密度Pd32500psi(g/cc)压制密度Expansion@6500psi%膨胀率SA(M^2/g)表面积SV(g/in^3)斯科特容积Tamp.Vol.(cc/g)振实体积海绵状9920X1001.391.7411.231.6215.060.99海绵状99-2001.461.7314.707.828.551.00针状焦9920X1001.601.9321.130.2813.401.06针状焦99-2001.711.9619.960.8710.580.96圆形焦99.5620X1001.371.6815.92.3816.90.87冶金焦92.2220X1001.271.629.980.4311.031.28冶金焦90.78-2001.371.6113.8416.588.381.11•现在我