石墨的主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用簡介

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石墨名字來源于希臘文“graphein”， 意為“用來寫”。由德國化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于1789命名。 石墨是元素碳的一種同素異形體，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子(排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形)以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶 礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為340pm，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分 子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。由于每個(gè)碳原子均會放出一個(gè)電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導(dǎo)電體。 需要提及的是，石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。

石墨主要性能特點(diǎn)

　　1、耐高溫性：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。

　　2、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭�墨中每個(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來傳輸電荷。

　　3、潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。

　　4、化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。

　　5、可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

　　6、抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會產(chǎn)生裂紋。

石墨優(yōu)點(diǎn)

　　(1)加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)械加工速度能比銅快2~5倍;而放電加工速度比銅快2~3倍 材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢明顯;銅的軟化點(diǎn)在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形;石墨的升華溫度為3650度;熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。

　　(2)重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有效降低機(jī)床(EDM)的負(fù)擔(dān);更適合于在大型模具上的應(yīng)用。

　　(3)放電消耗更小;由于火花油中也含有C原子，在放電加工時(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來，轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗。

　　(4)沒有毛刺;銅電極在加工完成后，還需手工進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

　　(5)石墨更容易研磨和拋光;由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進(jìn)行手工的研磨和拋光。

　　(6)材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定;由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價(jià)格比銅的價(jià)格低30%～60%，并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動非常小。正是這種無可比擬的優(yōu)勢，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。

石墨的主要

　　1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑，冶金爐的內(nèi)襯。

　　石墨坩堝

　　2、作導(dǎo)電材料：在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。

　　石墨墊圈

　　3、作耐磨潤滑材料：石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤滑劑。潤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200~2000 ℃溫度中在很高的滑動速度下，不用潤滑油工作。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)勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤滑劑。

　　石墨活塞杯、密封圈等

　　4、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。

　　石墨材料作反應(yīng)槽

　　5、 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。單晶硅的晶體生長坩 堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等的加工都離不開高純石墨。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。

　　6、 用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動力用的原子能反應(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0.5PPM 。在國防工業(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。

　　7、石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5 克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。

　　8、石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門。

　　石墨作筆芯

　　9、電極方面，石墨能取代銅做為電極。20 世紀(jì)60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90%，石墨僅有10%左右;21世紀(jì)，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過 90%以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)勢幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化?當(dāng)然是石墨電極的 諸多優(yōu)勢。

　　石墨電極

石墨材料的

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。1971 年美國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。國際市場需求量逐年增長。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，美國已用它做為汽車電池。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，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。