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碳素材料——石墨

新闻动态   |   2015-07-26 10:42:44   |   11次浏览

碳素材料,按其原子在结构中排列不同,碳有三种同素异形体,即金刚石、石墨和无定形碳,它们的物理性能、化学性质及用途也各不相同。

石墨:

碳原子以四配位多面体组成网层,网层之间以分子键联结,形成六方晶片。石墨是特殊的无机非金属材料,兼有金属和塑料的性能和其他一系列特性,在冶金、化工、电力和电子、机械、纺织和原子能等工业部门获得广泛应用。
石墨的用途与其性质密切关联。
①耐高温、热稳定性良好,在3600℃下也不熔化,因此用作冶金工业中坩埚(见彩图)、炉内的耐火材料等。
②有良好的导热和导电性(比不锈钢高4倍),导电系数随温度升高而降低。用来制造电极、电刷、碳棒、换热器、冷却器等。
③化学稳定性好,能耐酸、碱和有机介质的侵蚀,普遍用以制造酸碱工业、石油化工、纺织、造纸等工业的换热器、燃烧塔、反应槽、冷却器、吸收塔、泵和加热器等。
④润滑性能与二硫化钼相近,耐磨,摩擦系数小于0.1,可在-200~2000℃和100m/s转速下使用,用来制作密封圈和轴承时,不用加润滑剂。
⑤可塑性好,能延展成透光、透气的薄片。
⑥有良好的中子减速性,用做原子反应堆中减速材料。此外,还用做固体燃料火箭中的喷嘴、航天设备的零件、隔热和防射线材料。石墨最大的缺点是在高温下易氧化,需要在保护气氛下使用。
石墨矿有晶质和隐晶质之分。晶质石墨矿有致密结晶和鳞片结晶两种,前者晶粒大于0.1mm,含碳量在60%~65%,甚至高达80%~90%,但可塑性、可浮选性差。鳞片结晶石墨矿的品位虽低(3%~5%或10%~25%),但性能好。隐晶质石墨又称土状石墨,含碳量可高达90%以上,但性能差。世界上所产石墨半数为土状。
苏联是石墨矿储量和产量最大的国家。中国石墨资源也较丰富,多半是鳞片和隐晶石墨。由于石墨矿品位不高,需经选矿和提纯,常用的浮选法(石墨为疏水性)和重选法(石墨相对密度小,为1.9~2.3),可使成品中的含碳量达90%,有些制品还需采用化学提纯,使含碳量提高到97%~99%或高温提纯至99.9%。

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