РГ-ЦК-1 графит

Графит РГ-ЦК-1 — марка рекристаллизованного искусственного графита с цирконием в качестве карбидообразующего компонента. Изготавливается по ТУ 48-20-24–78.

Чем рекристаллизованный графит отличается от обычного искусственного

Стандартный (ачесоновский) искусственный графит получают графитизацией углеродных заготовок при 2400–3000 °С. Рекристаллизованный графит серии РГ проходит термомеханическую обработку под давлением при температуре около 2500 °С. Это принципиально меняет структуру: в процессе пластической деформации возрастает упорядоченность кристаллической решётки, снижается пористость, увеличиваются плотность и текстурированность материала.

В марке РГ-ЦК-1 роль карбидообразующей добавки выполняет цирконий. В ходе термомеханической обработки он реагирует с углеродом, образуя карбид циркония ZrC, равномерно распределённый в объёме материала. Именно присутствие ZrC обеспечивает аномально высокую теплопроводность: по данным Химической энциклопедии, рекристаллизованный графит с добавками карбидов циркония и титана обладает наивысшей теплопроводностью среди промышленных графитов — выше, чем у меди.

Состав шихты и принцип производства РГ-ЦК-1

Шихта включает четыре компонента: нефтяной кокс (структурный наполнитель), каменноугольный пек (связующее), природный графит (специальная добавка, ускоряющая графитизацию) и порошок циркония — карбидообразующего элемента. Готовая смесь прессуется и обрабатывается под давлением при высокой температуре. В ходе этого процесса формируются карбиды, происходит рекристаллизация углеродной матрицы и уплотнение структуры.

Результат — высокоплотный текстурированный материал, по прочности и теплопроводности значительно превосходящий стандартные марки искусственного графита. Подробнее о группе в целом — в разделе РГ рекристаллизованный графит.

Характеристики графита РГ-ЦК-1

Физико-механические и теплофизические показатели по ТУ 48-20-24–78:

Показатель	Значение
Плотность	2,19 г/см³
Предел прочности при изгибе	40 МПа
Предел прочности при сжатии	100 МПа
Модуль упругости	5,9 ГПа
Удельное электрическое сопротивление	10,2 мкОм·м
Коэффициент теплового расширения (КТЕ)	9,0·10⁻⁶ К⁻¹
Теплопроводность	132 Вт/(м·К)

Важно об анизотропии. РГ-ЦК-1 — текстурированный материал: свойства вдоль оси прессования и поперёк неё различаются. Это в первую очередь касается модуля упругости и КТЕ. При конструировании нагруженных деталей необходимо уточнять направление, в котором нормировано конкретное значение, и учитывать анизотропию при расчёте узла.

Теплопроводность 132 Вт/(м·К) — высокий показатель даже для рекристаллизованного графита. Для сравнения: большинство марок стандартного искусственного графита имеют теплопроводность в диапазоне 80–170 Вт/(м·К) в зависимости от направления и плотности.

Применение графита РГ-ЦК-1

Марка ориентирована на конструкционные применения, где одновременно требуются высокая прочность, хорошая тепло- и электропроводность. Рабочий диапазон температур — до 2000–2500 °С в инертной атмосфере или вакууме. На воздухе заметное окисление начинается при температурах выше ~480 °С (750 К).

Тигли и высокотемпературная технологическая оснастка

Повышенная плотность и прочность при сжатии (100 МПа) обеспечивают стойкость тиглей к термоудару и механическим нагрузкам при плавке. Высокая теплопроводность снижает перепад температур по стенке тигля, уменьшая риск растрескивания.

Чехлы термопар

Высокая теплопроводность материала минимизирует запаздывание термопары при измерении температуры расплавов; прочность обеспечивает стойкость к механическим воздействиям при погружении и извлечении.

Уплотнения, подшипники и детали насосов

Применяется для изготовления уплотнительных колец, подшипников скольжения и деталей насосов в машиностроении и химической промышленности. Графит химически инертен к большинству кислот, щелочей и органических растворителей, не смачивается многими расплавами.

Ядерная и оборонная техника

Карбид циркония устойчив к нейтронному облучению. Это обусловливает интерес к ZrC-содержащим графитам для деталей, эксплуатируемых в условиях нейтронного потока. Конкретный состав изделий и режимы для данных применений определяются профильной конструкторской документацией.

Смежная марка с другим карбидообразующим элементом — графит РГ-Б (с добавкой бора). РГ-Б применяется там, где важна нейтронопоглощающая способность бора, а не теплопроводность ZrC-матрицы.

Сортамент и форма поставки

Графит РГ-ЦК-1 поставляется в виде заготовок для механической обработки:

• цилиндры (круглые стержни);
• брус (прямоугольного сечения);
• пластины;
• кольца.

Графит хорошо поддаётся точению, фрезерованию и шлифованию стандартным инструментом. При механической обработке образуется мелкодисперсная токопроводящая пыль — необходима эффективная местная вытяжка и защита оборудования от пыли.