【正文】 熱性，即導(dǎo)熱率隨溫度的升高而降低，在極高的溫度下則趨于絕熱?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，常溫下具良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受任何強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。但在氧化劑（如高氯酸 HClO4）作用下能被氧化。在空氣 500℃開始氧化，700℃時(shí)水蒸氣可對(duì)其產(chǎn)生侵蝕，900℃時(shí) CO2 也能對(duì)其產(chǎn)生侵蝕作用。石墨的熱穩(wěn)定性良好，膨脹系數(shù)?。?0 6/℃） ，高溫下能經(jīng)受溫度劇烈變化而不破壞，且其體積變化不大。潤(rùn)滑性和可加工性，具良好的潤(rùn)滑性能，其摩擦系數(shù)在潤(rùn)滑介質(zhì)小于 。鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好 [3]。吸熱性和散熱性，具良好的吸熱性能，每 1kg 可吸收(~) 107J 熱量，而金屬材料每 1kg 的吸熱量為 107J；石墨的散熱性能與金屬相當(dāng)。 石墨的應(yīng)用及用途石墨的一個(gè)主要用途是生產(chǎn)耐火材料，包括耐火磚，坩堝，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯，鑄模，洗滌劑和耐高溫材料。近年來(lái)，耐火材料工業(yè)中兩個(gè)重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用。鎂碳磚鎂碳耐火材料是由美國(guó)研制成功，隨后日本煉鋼業(yè)開始把鎂碳磚用于水冷卻電弧爐煉鋼中。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來(lái)制作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件、電視機(jī)顯像管的涂層等等。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時(shí)，使用石墨電極，這時(shí)強(qiáng)大的電流通過電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的 [4]。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時(shí)，電解槽的陽(yáng)極也用石墨電極。石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在 200～2022℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。2 / 34石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料：由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過幾十個(gè) ppm。特別是其中硼含量應(yīng)少于 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途。柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。美國(guó)已研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)需求量也逐年增長(zhǎng)。此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它作為汽車電池?？傊?，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。 石墨的潤(rùn)濕性研究現(xiàn)狀 [5]。對(duì)于石墨的潤(rùn)濕問題，許多學(xué)者曾作了詳細(xì)研究。早在 60 年代初，前蘇聯(lián)學(xué)者曾用座滴法對(duì) 20 多種純金屬測(cè)定了它們?cè)谝簯B(tài)下與3 / 34石墨表面的潤(rùn)濕角。所得結(jié)果顯示，過渡族元素一般能對(duì)石墨潤(rùn)濕，而非過渡族只有 Al 和 Si 能對(duì)石墨潤(rùn)濕，但 Al 在 1000℃以上時(shí)才能對(duì)石墨有一定潤(rùn)濕性,( 1000℃時(shí),θ=75o)，在 1000℃以下則 θ90o 不能潤(rùn)濕石墨。由于純金屬的熔點(diǎn)較高，對(duì)石墨的潤(rùn)濕需要在較高的溫度下才能進(jìn)行，因此應(yīng)用并不廣泛。在純金屬中加入 Ti 等強(qiáng)碳化物元素能夠降低熔點(diǎn)改善潤(rùn)濕性。研究表明活性元素 Ti 的含量對(duì)石墨/Ni + Ti 體系潤(rùn)濕性有顯著影響。質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于 30%時(shí),接觸角的變化規(guī)律性不強(qiáng)。Ti 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 40 %時(shí),該體系的潤(rùn)濕性隨著 Ti 含量增加而顯著改善。在眾多關(guān)于石墨的釬焊研究報(bào)導(dǎo)中，都指出一些強(qiáng)烈生成碳化物元素（多數(shù)為過渡族元素），例如 Ti、Ta、Zr 、Nb 、V 和 Mo 等可以改善液態(tài)金屬對(duì)石墨的潤(rùn)濕性，即使這些液態(tài)金屬是對(duì)石墨完全不發(fā)生相互作用的非過渡族元素，如 Au、Ag、Cu、Sn 等或它們的合金。例如 AuNi 共晶液相對(duì)石墨不潤(rùn)濕，但假如了 Ta 或 Mo 所構(gòu)成的 AuNiTa 和 AuNiMo 三元合金則對(duì)石墨有良好潤(rùn)濕性。各種活性元素所以能改善液態(tài)金屬對(duì)石墨的潤(rùn)濕性的機(jī)理，主要是由于它們?cè)诮佑|界面處偏析，并與石墨產(chǎn)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，生成連續(xù)的碳化物薄層，降低了液態(tài)金屬與石墨間的表面能。石墨材料的潤(rùn)濕還受其孔隙率和它吸附的氣體及其它雜質(zhì)的影響。對(duì)于孔隙率很大的石墨，會(huì)由于釬料過多地滲入石墨內(nèi)部而使釬焊表面釬料不足。而對(duì)于高密度石墨，釬料很難滲入石墨表面層，相對(duì)降低了釬料與石墨的結(jié)合力。 鈦合金的特性鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到锨合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。 鈦的焊接性 [6]:鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點(diǎn)，這些焊接特點(diǎn)是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。 ? 在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但試驗(yàn)表時(shí)，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會(huì)直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。 ? 4 / 34（1）氫的影響 氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀 TiH2增多。TiH2強(qiáng)度很低，故片狀或針狀衛(wèi) HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著降低；焊縫含氫量變化對(duì)強(qiáng)度的提高及塑性的降低的作用不很時(shí)顯。 ? （2）氧的影響 氧在鈦的 α 相和 β 想中都有有較高的熔解度，并能形成間隙固深相，使用權(quán)鈦的晶傷口嚴(yán)重扭曲，從而提高鈦及鈦合金的硬度和強(qiáng)度，使塑性卻顯著降低。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時(shí)還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。 ? （3）氮的影響 在700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。 ? （4）碳的影響 碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，%時(shí)，碳因深在 α 鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。但是當(dāng)進(jìn)一步提高焊縫含碳量時(shí)，焊縫卻出現(xiàn)網(wǎng)狀 TiC，其數(shù)量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。因此，鈦及鈦合金母材%，焊縫含碳量不超過母材含碳量。 TC4 的特點(diǎn)鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到锨合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。 第一個(gè)實(shí)用的鈦合金是 1954 年美國(guó)研制成功的 Ti6Al4V 合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的 75％～85％。其他許多鈦合金都可以看做是 Ti6Al4V 合金的改型。 20 世紀(jì) 50～60 年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70 年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80 年代以來(lái)，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展。耐熱鈦合金的使用溫度已從 50 年代的 400℃提高到 90 年代的5 / 34600～650℃。A2(Ti3Al)和 r（TiAl）基合金的出現(xiàn)，使鈦在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用部位正由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端（風(fēng)扇和壓氣機(jī)）向發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端（渦輪）方向推進(jìn)。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。 另外，20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，還出現(xiàn)了 TiNi、TiNiFe、TiNiNb 等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應(yīng)用。 目前，世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種，最著名的合金有 20～30 種，如 Ti6Al4V、 、Ti32Mo、TiMoNi、TiPd、SP700 、Ti624Ti1023 、Ti1053 、Ti102BTBT20 、IMI82IMI834 等 [7,8]。 鈦合金可以分為 α、α+β 、 β 型合金及鈦鋁金屬間化合物（TixAl，此處 x=1）四類。鈦合金具有質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，國(guó)具有豐富的鈦礦資源，其儲(chǔ)量位距世界前列約占世界的 20%，為我國(guó)鈦合金工業(yè)的發(fā)長(zhǎng)提供了良好的基礎(chǔ)。鈦合金的友誼性能，使之在航空航天工業(yè)和軍事工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用 [9]。另外，鈦合金還具有塑性好，容易加工成型的特點(diǎn)。近年來(lái)，工業(yè)部門采用新型焊接結(jié)構(gòu)中，鈦及其合金的應(yīng)用也越來(lái)越多，已占有重要的地位。它句用很高的強(qiáng)度，良好的塑性，的物理化學(xué)性能中最為特出的是比強(qiáng)度高。在大氣，海水和許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中也軍郵良好的抗腐蝕性能。TC4 這類合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名為 α+β 型鈦合金。它具有良好的綜合力學(xué)性能，大多可熱處理強(qiáng)化(但 TC TCTC7 不能熱處理強(qiáng)化)，鍛造、沖壓及焊接性能較好，可切削加工，室溫強(qiáng)度高。150~500℃以下且有較好的耐熱性，并有良好的低溫