石墨的性質(zhì)與特性
石墨的性質(zhì)
石墨質(zhì)軟,黑灰色;有油膩感,可污染紙張。硬度為1~2,沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3~5。比重為1.9~2.3。在隔絕氧氣條件下,其熔點在3000℃以上,是最耐溫的礦物之一。
化學性質(zhì)穩(wěn)定,耐腐蝕,同酸、堿等藥劑不易發(fā)生反應?捎米骺鼓、潤滑劑,高純度石墨用作原子反應堆中的中子減速劑,還可用于制造坩堝、電極、電刷、干電池、石墨纖維、換熱器、冷卻器、電弧爐、弧光燈、鉛筆的筆芯等。
石墨的部分分子結(jié)構圖
石墨的特性
(1)耐高溫性
石墨的熔點為 3850±50℃,沸點為 4250℃,即使用超高溫電弧燒成,其失重率和熱膨脹系數(shù)也很小,石墨的強度隨溫度的升高而增加。在 2000℃時,石墨的強度提高了一倍。
(2)潤滑性:
石墨的潤滑性取決于石墨片的大小。鱗片越大,摩擦系數(shù)越小,潤滑性能越好。
(3)化學穩(wěn)定性:
石墨在室溫下具有良好的化學穩(wěn)定性,耐酸、堿和有機溶劑腐蝕。
(4)塑性:
石墨具有良好的韌性,可被壓成薄片。
(5)抗熱震性:
石墨在室溫下使用時,能承受溫度的劇烈變化而不會破壞。當溫度突然升高時,石墨的體積不會有很大變化,不會產(chǎn)生裂紋。
石墨的產(chǎn)品形式
(1)高純石墨
主要被用于軍事及工業(yè)材料中穩(wěn)定劑及其它行業(yè)的工業(yè)催化作用,有著結(jié)晶完整并具有非常良好的導熱性能。
(2)等靜壓石墨
等靜壓石墨是高純石墨的延伸產(chǎn)品,主要由高純石墨加工而成,有著高純石墨的特點,具有受熱膨脹率小、受熱后的熱傳導性能優(yōu)良等主要特點。
(3)可膨脹石墨
可膨脹石墨主要選用自然排列的天然鱗片石墨,主要經(jīng)過酸性氧化處理后的層間化合物,本身體有著耐高溫、耐高熱等優(yōu)點外,增加了石墨的可膨脹性
(4)氟化石墨
氟化石墨是集性能與效益合一的新型石墨產(chǎn)品。有著較高的附加值與獨特的品質(zhì),被多個領域廣泛應用的石墨功能性材料。主要應用于電池原料與固體潤滑劑等領域。
(5)膠體石墨
膠體石墨主要在保證優(yōu)良的導電性與導熱性之外利用石墨成膜均勻等特點,主要應用于消除靜電成膜領域。
(6)石墨烯
石墨烯是一種由一個原子厚度組成的二維材料,主要是用于軍事領域的防彈材料制作與導電劑。
石墨的用途
(1)耐火材料
在鋼鐵工業(yè),石墨耐火材料用于電弧高爐和氧氣轉(zhuǎn)爐的耐火爐襯、鋼水包耐火襯等; 石墨耐火材料主要是整體澆鑄材料、鎂碳磚和鋁石墨耐火材料。石墨還用于粉末冶金和金屬鑄造成膜材料,石墨粉加入到鋼水中增加鋼的碳含量,使高碳鋼具有許多卓越的性能。
(2)導電材料
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,電視機顯像管的涂層等。
(3)耐磨潤滑材料
石墨在機械工業(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)的設備,廣泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和軸承,它們運轉(zhuǎn)時無需加入潤滑油。
(4)耐腐蝕材料
經(jīng)過特殊加工的石墨,具有耐腐蝕、導熱性好,滲透率低等特點,就大量用于制作熱交換器,反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設備。廣泛應用于石油化工、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。
(5)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,高溫電阻爐爐管等元件。
(6)原子能與國防工業(yè)
石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中,鈾-石墨反應堆是目前應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點,穩(wěn)定,耐腐蝕的性能,石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高,雜質(zhì)含量不應超過幾十個ppm 。特別是其中硼含量應少于0.5ppm。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴,導彈的鼻錐,宇宙航行設備的零件,隔熱材料和防射線材料。
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)代科學技術和工業(yè)的發(fā)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(jīng)濟中具有重要的作用。