精雕加工石墨材料的氧化速度与温度的关系
无论是低温操作的空气冷却堆,还是气体和液体冷却堆,在它们的冷却剂中混入氧,和经被氧所氧化,是一个严重问题。如果把24h内发生1%氧化失重时的温度确定为氧化开始温度,那么纯石墨的氧化开始温度就是520-560℃。“氧-石墨”体系发生反应的方C+0,—C0,(AH=-392.1J/mol,18℃,1大气压)
式如下:
C+1/20,——C0(AH=-111J/mol,18℃,1大气压)
CO +1/20,=C0,(AH=-281.1kJ/mol,18℃,1大气压)
温度达高于氧化开始温度200~250℃之前,氧浸入精雕加工石墨材料内部,发生氧化,此时石墨体积减少不大,而质量却大为减轻。在此温度以上,反应速率为氧化生成的气体的扩散所控制,氧化作用多在表面发生,氧化速率对表面气体流速变得敏感起来。温度和气体流速对精雕加工石墨材料氧化速度的影响示于图。石墨在水蒸气和C0,气氛中也会被氧化,但其氧化开始温度比在02中更高,在水蒸气中为700℃,在CO,中为900℃。水蒸气作为冷却气体的杂质混入时,和石墨发生反应,生成CO、CO2、H2、CH,等。
C+H20—C0+H2(AH=130.94kJ/mol,18℃,1大气压)
Co+30—C02+H2(AlH=-40.24J/mol,18℃,1大气压)
C+C0,2C0(AH=170.1kJ/mol,18℃,1大气压)
Ct2H-CH.(AH=-74.52kN/mol,18℃,1大气压)
石墨和C0,发生反应很重要,因为CO,可用做冷却剂或用做减速材料的保护气体,在低温下不会出现什么问题,在高温下则会发生反应。C+C0,2c0(AH=170.1kJ/mol,18℃,1大气压》石墨与氧之间的反应是放热的,氧化反应会自动加速,而石墨与C0,之间的反应是吸热反应,所以情况比较良好。精雕加工石墨材料在含水蒸气的氩中,其氧化速度和CO的平衡浓度与温度的关系。