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    石墨的應用和發展前景

    時間:2019-04-08 16:01:06 

    石墨的簡介 


    石墨是元素碳的一種同素異形體,每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子(排列方式呈蜂巢式的多個六邊形)以共價鍵結合,構成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子,那些電子能夠自由移動,因此石墨屬于導電體。 石墨是其中一種最軟的礦物,它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。 性質特征 

    常溫下單質碳的化學性質比較穩定,不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑;不同高溫下與氧反應燃燒,生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應;在加熱下,單質碳較易被酸氧化;在高溫下,碳還能與許多金屬反應,生成金屬碳化物。碳具有還原性,在高溫下可以冶煉金屬。 石墨是碳質元素結晶礦物,它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網層間的距離為340pm,同一網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。


    石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質,它們互為同素異形體。 石墨的特殊性質 耐高溫性:石墨的熔點為3850±50℃,沸點為4250℃,即使經超高溫電弧灼燒,重量的損失很小,熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強,在2000℃時,石墨強度提高一倍。 導電、導熱性:石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低,甚至在極高的溫度下,石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。 潤滑性:石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小,鱗片越大,摩擦系數越小,潤滑性能越好。 化學穩定性:石墨在常溫下有良好的化學穩定性,能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。 可塑性:石墨的韌性好,可碾成很薄的薄片。 抗熱震性:石墨在常溫下使用時能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞,溫度突變時,石墨的體積變化不大,不會產生裂紋。 石墨現今的主要用途 作耐火材料。 作導電材料。 作耐磨潤滑材料。 用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業部門。 作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料。 用于原子能工業和國防工業。 石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。 


    現今石墨開始逐漸取代銅做電極原料,有著很大的潛力。 主要原因如下: 加工速度更快:通常情況下,石墨的機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勢明顯;銅的軟化點在1000度左右,容易因受熱而產生變形;石墨的升華溫度為3650度;熱膨脹系數僅有銅的1/30 重量更輕:石墨的密度只有銅的1/5,大型電極進行放電加工時,能有效降低機床的負擔;更適合于在大型模具上的應用。放電消耗更小;由于火花油中也含有C原子,在放電加工時,高溫導致火花油中的C原子被分解出來,轉而在石墨電極的表面形成保護膜,補償了石墨電極的損耗。  沒有毛刺;銅電極在加工完成后,還需手工進行修整以去除毛刺,而石墨加工后沒有毛刺,節約了大量成本,同時更容易實現自動化生產。 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,更容易進行手工的研磨和拋光。 材料成本更低,價格更穩定;由于近幾年銅價上漲,如今各向同性石墨的價格比銅更低,相同體積下,東洋炭素的普遍性石墨產品的價格比銅的價格低30%60%,并且價格更穩定,短期價格波動非常小。  正是這種無可比擬的優勢,石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。 石墨的發展前景  雖然石墨現在已經被人們廣泛應用,但是它仍然有著巨大的開發潛能,以及更大的發展前景。不僅在傳統工業中十分重要,隨著科學技術的不斷發展,人們對石墨也開發了許多新用途。  柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨,是年代開發的一種新的石墨制品。  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。這種產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、原子能等工業領域。國際市場需求量逐年增長。 輕工業應用  此外,石墨還是輕工業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。它是一種很好的節能環保材料,美國已用它做為汽車電池。隨著現代科學技術和工業的發展,石墨的應用領域還在不斷拓寬,已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料,在國民經濟中具有重要的作用。 因此石墨有著廣闊的發展空間。


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