Графит ОСЧ 7-2

Графит ОСЧ 7-2 — искусственный углеродный материал особой чистоты с содержанием углерода не менее 99,97 % и зольным остатком не более 0,03 %. Обозначение расшифровывается в соответствии с системой классификации веществ особой чистоты: «7» — количество контролируемых примесных элементов (Si, Fe, Al, Mg, B, Cu, Mn), «2» — показатель предельной массовой доли каждой из контролируемых примесей. Материал применяется при спектральном анализе, в полупроводниковой промышленности и высокотемпературной металлургии.

Расшифровка маркировки и система классификации графита ОСЧ

Квалификация «ОСЧ» (особо чистый) присваивается веществам по ГОСТ 13867-68. Стандарт устанавливает порядок обозначения чистоты химических продуктов, включая графит. Первая цифра в маркировке указывает число примесных элементов, содержание которых нормируется и контролируется. Вторая цифра характеризует допустимый уровень содержания каждого из этих элементов.

Графит ОСЧ 7-2 занимает определённое место в линейке материалов особой чистоты. Ниже по чистоте располагаются промышленные и технические марки графита, выше — графит ОСЧ 7-3, а также графит ОСЧ 8-4, у которого контролируется уже восемь примесных элементов при существенно более жёстких ограничениях по их содержанию.

Химический состав графита ОСЧ 7-2

Требования к химическому составу графита ОСЧ 7-2 определяют предельные массовые доли семи контролируемых примесей. Основной компонент — углерод — составляет не менее 99,97 %. Суммарное содержание всех примесей (зольный остаток) не превышает 0,03 %.

Компонент	Обозначение	Содержание, % масс.
Углерод (основное вещество)	C	≥ 99,97
Зольный остаток (суммарные примеси)	—	≤ 0,03
Кремний	Si	≤ 6·10−4
Бор	B	≤ 2·10−4
Алюминий	Al	≤ 1·10−4
Железо	Fe	≤ 6·10−5
Магний	Mg	≤ 3·10−5
Медь	Cu	≤ 1·10−5
Марганец	Mn	≤ 1·10−5

Наличие в составе графита ОСЧ 7-2 влаги и иных примесных элементов, не указанных в таблице, не допускается. Контроль химического состава осуществляется методом атомно-эмиссионного спектрального анализа.

Кристаллическая структура графита

Графит — аллотропная модификация углерода со слоистой гексагональной кристаллической решёткой. Наиболее стабильная кристаллографическая форма принадлежит пространственной группе P6₃/mmc (№ 194) с параметрами элементарной ячейки: a = 2,461 Å, c = 6,708 Å. Число формульных единиц в элементарной ячейке Z = 4.

Внутри каждого базисного слоя атомы углерода образуют правильные шестиугольники и связаны прочными ковалентными sp²-связями с длиной 1,42 Å. Расстояние между слоями составляет 3,354 Å. Межслоевое взаимодействие обусловлено слабыми силами Ван-дер-Ваальса, что определяет характерные свойства графита: лёгкое расслаивание, низкую твёрдость, самосмазывающие качества и выраженную анизотропию физических свойств.

Физико-механические свойства изделий из графита ОСЧ 7-2

Физико-механические характеристики изделий из графита зависят от технологии формования, плотности заготовки и направления измерения относительно оси прессования. Ниже приведены типичные значения для изделий из высокочистого мелкозернистого графита.

Параметр	Значение
Кажущаяся плотность	1,65–1,75 г/см³
Пористость (открытая)	до 20–23 %
Предел прочности на сжатие	30–45 МПа
Предел прочности на растяжение	7–10 МПа
Предел прочности на изгиб	12–18 МПа
Модуль упругости (Юнга)	6–8 ГПа
Твёрдость по шкале Мооса	1–2

Прочностные характеристики графита возрастают с повышением температуры вплоть до 2500–2700 °C, после чего начинают снижаться. Это нетипичное для большинства конструкционных материалов поведение связано с увеличением подвижности дислокаций и проявлением ресурса пластичности кристаллической решётки графита при высоких температурах.

Теплофизические и электрические свойства

Графит обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, которые зависят от направления относительно базисных плоскостей кристаллической решётки.

Параметр	Значение
Теплопроводность	100–150 Вт/(м·К)
Удельное электрическое сопротивление	8–14 Ом·мм²/м
Коэффициент теплового расширения (20–200 °C)	(1–4)·10−6 К−1
Магнитные свойства	диамагнетик

Термическая стойкость графита

При нормальном атмосферном давлении графит не плавится, а сублимирует (переходит из твёрдого состояния непосредственно в газообразное) при температуре порядка 3800–3900 °C. Плавление графита возможно только при повышенном давлении (более 100 атм), при этом температура плавления составляет 3845–3890 °C.

В окислительной атмосфере (на воздухе) заметное окисление графита начинается при температуре около 400–500 °C. В инертной или восстановительной среде (аргон, азот, вакуум) графитовые изделия работоспособны до температур 2500–3000 °C, что делает их незаменимыми в высокотемпературных процессах.

Химическая стойкость графита особой чистоты

Графит отличается высокой химической инертностью. Он не растворяется в воде и органических растворителях. Устойчив к воздействию большинства неорганических и органических кислот (включая соляную, серную, фосфорную), растворов солей и оснований. Не реагирует с расплавами многих металлов и шлаков.

Графит разрушается только сильными окислителями: концентрированной азотной кислотой при нагревании, смесью кислот (царская водка), расплавами щелочей в присутствии окислителей, а также кислородом воздуха при температурах выше 400–500 °C.

Одно из технологически ценных свойств особо чистого графита — несмачиваемость расплавами большинства металлов, шлаков и жидким стеклом. Благодаря этому графитовая оснастка не загрязняет обрабатываемый материал и легко отделяется от застывшего расплава.

Области применения графита ОСЧ 7-2

Высокая чистота, термостойкость, электропроводность и химическая инертность определяют основные сферы промышленного использования графита ОСЧ 7-2.

Спектральный анализ

Основная область применения графита ОСЧ 7-2 — атомно-эмиссионный спектральный анализ. Из него изготавливают спектральные графитовые электроды (угли), являющиеся расходным материалом при определении элементного состава металлов, сплавов, руд и прочих веществ. Низкое содержание примесей в графите электродов обеспечивает минимальный фоновый сигнал и повышает точность анализа.

Из графита ОСЧ 7-2 также изготавливают лодочки и тигли, используемые при подготовке проб для газового и химического анализа.

Полупроводниковая промышленность

В производстве полупроводниковых материалов особо чистый графит используется для изготовления технологической оснастки: тиглей для зонной очистки и выращивания монокристаллов, лодочек для восстановления оксидов полупроводников (в частности, диоксида германия), нагревателей и экранов вакуумных печей. Несмачиваемость графита расплавами и его высокая чистота предотвращают загрязнение полупроводникового материала посторонними примесями.

Металлургия и литейное производство

В металлургии графит ОСЧ 7-2 применяют для изготовления деталей литейных форм, тиглей для расплавления материалов высокой чистоты и кристаллизаторов. Графитовая оснастка востребована в процессах, где важно исключить загрязнение расплава материалом формы.

Ядерная техника и научные исследования

Химическая инертность и стабильность свойств при облучении делают особо чистый графит пригодным для изготовления деталей и блоков специального назначения в ядерной индустрии. В научных лабораториях графит ОСЧ 7-2 используется при работе с веществами особой чистоты, где присутствие даже следовых количеств примесей недопустимо.

Формы поставки графита ОСЧ 7-2

Графит ОСЧ 7-2 поставляется как в виде порошка, так и в виде готовых изделий. Основные формы выпуска:

Форма выпуска	Назначение
Порошок графитовый	Основа для образцов сравнения в спектральном анализе, прессование заготовок
Электроды спектральные (угли)	Атомно-эмиссионный спектральный анализ
Тигли	Плавка, зонная очистка, хранение порошков ОСЧ
Лодочки	Газовый анализ, восстановление оксидов
Трубы графитовые	Элементы высокотемпературных установок
Нагреватели	Вакуумные и инертные печи
Детали аппаратуры	Химический и газовый анализ

По запросу изготавливаются нестандартные изделия по чертежам заказчика.

Требования безопасности при работе с графитом

Графитовая пыль (аэрозоль) относится к веществам преимущественно фиброгенного действия и классифицируется как вещество IV класса опасности (малоопасное) в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88. Предельно допустимая концентрация (ПДК) графитовой пыли в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м³.

При механической обработке графитовых изделий, а также при работе с порошком необходимо:

• обеспечить местную вытяжную вентиляцию;
• использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания (респираторы типа «Лепесток» или аналогичные);
• применять защитные перчатки и очки;
• не допускать накопления графитовой пыли на рабочих поверхностях.

Графит не токсичен, не горюч в обычных условиях. Самостоятельного горения графита на воздухе не происходит, однако мелкодисперсная графитовая пыль в смеси с воздухом может представлять пожарную опасность.

Хранение и упаковка

Графитовый порошок ОСЧ 7-2 упаковывается в графитовые тигли, которые затем помещаются в герметичные полиэтиленовые пакеты. Такая упаковка предотвращает поглощение влаги и загрязнение материала посторонними примесями. Готовые изделия (электроды, тигли, лодочки) хранятся в заводской упаковке в сухих помещениях. Графит не имеет ограниченного срока хранения при условии соблюдения герметичности упаковки и отсутствия контакта с влагой.