石墨在工業(yè)上運(yùn)用極廣,幾乎每個行業(yè)都會用到。工業(yè)上多用的是人造石墨,也就是特種石墨。按其成型的方式可分為以下幾種。 1、等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨,但是并不是三高就是等靜壓。 2、模壓石墨 3、擠壓石墨,多為電極材料。 其中按石墨的顆粒度分,也可分為:細(xì)節(jié)構(gòu)石墨、中粗石墨(一般的顆粒度在0.8mm左右)、還有就是電極石墨(2-4mm)。 石墨由于其特殊結(jié)構(gòu),而具有如下特殊性質(zhì): 1) 耐高溫型: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,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)槭忻總€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。 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能經(jīng)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(chǎn)生裂紋。 石墨 名字來源: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; 化學(xué)組成:成分純凈者極少,往往含各種雜質(zhì); 類別:自然元素-非金屬元素-碳族 晶體特征 晶系和空間群:六方晶系,P63/mmm; 晶胞參數(shù):a0=0.246nm,c0=0.670nm; 典型的層狀結(jié)構(gòu),碳原子成層排列,每個碳與相鄰的碳之間等距相連,每一層中的碳按六方環(huán)狀排列,上下相鄰層的碳六方環(huán)通過平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu),位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內(nèi)的碳之間的距離大得多(層內(nèi)C-C間距=0.142nm,層間C-C間距=0.340nm) 形態(tài):單晶體常呈片狀或板狀,但完整的很少見。集合體通常為鱗片狀,塊狀和土狀; 顏色:鐵黑色 條痕:光亮黑色 透明度:不透明 光澤:呈半金屬光澤 硬度:1-2 解理和斷口:平行解理極完全; 比重:2.21-2.26g/cm3 比表面積:5-10m2/g 其他性質(zhì):薄片具撓性,有滑感,易污手,具有良好的導(dǎo)電性; 鑒定特征鐵黑色,硬度低,一組極完全解理,有滑感和染手;如果將硫酸銅溶液潤濕的鋅粒放在石墨上,則可析出金屬銅的斑點(diǎn),在與石墨相似的輝鉬礦上則無此反應(yīng)。 提起鉆石,人們就會聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景,它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴價格,大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此,人們對鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎?它的化學(xué)成分是碳(C),天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常稀少的,世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的鉆石只有2粒,400克拉以上的鉆石只有多粒,我國迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉,這就是“常林鉆石”。物以稀為貴,正因?yàn)榭勺觥般@石“用的天然金剛石很罕見,人們就想“人造“金剛石來代替它,這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。 金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C),稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”,但“形”或“性”卻不同,且有天壤之別,金剛石是目前最硬的物質(zhì),而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。 石墨和金剛石的硬度差別如此之大,但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石,因?yàn)樽匀唤缰惺?碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳,不是那么容易的。石墨在5-6萬大氣壓((5-6)×103MPa)及攝氏1000至2000度高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石粉末。 目前世界上已有十幾個國家(包括我國)均合成出了金剛石。但這種金剛石因?yàn)轭w粒很細(xì),主要用途是做磨料,用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當(dāng)前,世界金剛石的消費(fèi)中,80%的人造金剛石主要是用于工業(yè),它的產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然金剛石的產(chǎn)量。 最初合成的金剛石顆粒呈黑色,0.5mm大小,重約0.1克拉(用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉)。美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石,現(xiàn)在我國人造金剛石企業(yè)黃河旋風(fēng)公司實(shí)驗(yàn)室生成的大顆粒金剛石達(dá)8mm左右,代表了我國在該領(lǐng)域研究前沿。我們說金剛石已從石墨中“飛”出,寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應(yīng)于市場。 石墨 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。 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。 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)時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時的良好的潤滑劑。 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。 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,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)堆是目前應(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 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。 9、電極:石墨何以能取代銅做為電極? 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)致了這個戲劇性的變化?當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢。 石墨 (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。 ?。?)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,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??;由于火花油中也含有C原子,在放電加工時,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。 ?。?)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,同時更容易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn); ?。?)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; ?。?)材料成本更低,價格更穩(wěn)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(chǎn)品的價格比銅的價格低30%~60%,并且價格更穩(wěn)定,短期價格波動非常小。 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. 工業(yè)上將石墨礦石分為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦石和穩(wěn)晶質(zhì)(土狀)石墨礦石兩大類。晶質(zhì)石墨礦石又可分為鱗 上海一莎金屬制品有限公司
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