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石墨類別

2017-02-23 07:42:34
天然石墨和人造石墨的區(qū)別與聯(lián)系
來源:中國粉體技術(shù)網(wǎng)    更新時間:2015-05-20 10:26:25    瀏覽次數(shù):213
 
 
      (中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍)石墨可分為天然石墨與人造石墨,二者結(jié)構(gòu)相近,物理化學(xué)性質(zhì)相似,但用途卻有著較大差別。眾多研究中,某些研究者沒有注意到兩者的區(qū)別而籠統(tǒng)地稱之為石墨。這種將二者混為一談的結(jié)果造成了很多的誤導(dǎo),甚至是決策的錯誤,帶來很大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。本文就從天然石墨與人造石墨結(jié)構(gòu)組成、性能的角度出發(fā),談?wù)剝烧叩奶攸c(diǎn)與區(qū)別,以及重要聯(lián)系與應(yīng)用進(jìn)展。
1. 石墨分類與特點(diǎn):
1.1 天然石墨
      天然石墨是富碳有機(jī)物在高溫高壓地質(zhì)環(huán)境長期作用下轉(zhuǎn)變形成的,是大自然的結(jié)晶。天然石墨的工藝特性主要取決于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的礦物,具有不同的工業(yè)價值和用途。天然石墨的種類較多,根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同,工業(yè)上將天然石墨分為致密結(jié)晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨三類。我國主要有鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨兩大類。
1.2 人造石墨
       人造石墨類似于結(jié)晶學(xué)中的多晶體。人造石墨種類繁多,生產(chǎn)工藝千差萬別。廣義上來說,一切通過有機(jī)物炭化再經(jīng)石墨化高溫處理后得到的石墨材料均可統(tǒng)稱為人造石墨,如炭(石墨)纖維、熱解炭(石墨)、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常是指以雜質(zhì)含量較低的炭質(zhì)原料(石油焦、瀝青焦等)為骨料、煤瀝青等為粘結(jié)劑,經(jīng)過配料、混捏、成型、炭化(工業(yè)上稱為焙燒)和石墨化等工序制得的塊狀固體材料,如石墨電極、熱等靜壓石墨等。
2.天然石墨與人造石墨的區(qū)別和聯(lián)系
       鑒于以上天然石墨為原料制備出來的通常是狹義的人造石墨,現(xiàn)僅分析和討論天然石墨與狹義人造石墨的區(qū)別與聯(lián)系。
2.1 晶體結(jié)構(gòu)
       天然石墨:晶體發(fā)育較為完善,鱗片石墨的石墨化程度更在98%以上,而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。
      人造石墨:晶體發(fā)育程度取決于原材料及熱處理溫度。一般來說,熱處理溫度越高,其石墨化程度也就越高。目前工業(yè)生產(chǎn)的人造石墨,其石墨化程度通常低于90%。
2.2 組織結(jié)構(gòu)
      天然鱗片石墨:是一種單晶,組織結(jié)構(gòu)較簡單,僅存在結(jié)晶學(xué)上的缺陷(如點(diǎn)缺陷、位錯、層錯等),宏觀上表現(xiàn)出各向異性的特征。天然微晶石墨的晶粒較小,晶粒之間雜亂排列且存在雜質(zhì)脫除后的孔洞,宏觀上表現(xiàn)出各向同性。
       人造石墨:可看作是一種多相材料,包括石油焦或?yàn)r青焦等炭質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)化的石墨相、包覆在顆粒周圍的煤瀝青粘結(jié)劑轉(zhuǎn)化的石墨相、顆粒堆積或煤瀝青粘結(jié)劑經(jīng)熱處理后形成的氣孔等。
2.3 物理形態(tài)
       天然石墨:通常以粉體形態(tài)存在,可單獨(dú)使用,但通常與其它材料復(fù)合后使用。
      人造石墨:形態(tài)較多,既有粉狀,也有纖維狀和塊狀,而狹義的人造石墨通常為塊狀,使用時需要加工成一定形狀。
2.4 理化性質(zhì)
       在理化性質(zhì)方面,天然石墨與人造石墨既有共性,也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導(dǎo)體,但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說,天然鱗片石墨的傳熱性能和導(dǎo)電性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。石墨具有的較好的潤滑性和一定的可塑性,天然鱗片石墨的晶體發(fā)育較完善,摩擦系數(shù)較小,潤滑性最好,可塑性最高,而致密結(jié)晶狀石墨和隱晶質(zhì)石墨次之,人造石墨較差。
3. 天然石墨與人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域
       石墨具有許多優(yōu)良的性質(zhì),因而在冶金、機(jī)械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。天然石墨與人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域既有相互重疊的部分,也有不相同的地方。
3.1 冶金工業(yè)
       在冶金工業(yè)中,天然鱗片石墨因抗氧化性較好可用于生產(chǎn)鎂碳磚和鋁碳磚等耐火材料。人造石墨可以作為煉鋼電極,而天然石墨制成的電極就難以用于使用條件較苛刻的煉鋼電爐。
3.2 機(jī)械工業(yè)
       在機(jī)械工業(yè)中,石墨材料通常用作耐磨和潤滑材料。天然鱗片石墨的潤滑性較好,常用作潤滑油的添加劑。輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備,廣泛采用人造石墨制成的活塞環(huán)、密封圈和軸承,工作時無需加入潤滑油。天然石墨與高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域,但耐磨性不如人造石墨。
3.3 化學(xué)工業(yè)
       人造石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點(diǎn),在化學(xué)工業(yè)中廣泛用于制作熱交換器、反應(yīng)槽、吸收塔、過濾器等設(shè)備。天然石墨與高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域,但導(dǎo)熱性、耐腐蝕性不如人造石墨。