石墨的主要性能特點及應用簡介

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石墨名字來源于希臘文“graphein”， 意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A. G. Werner 于1789命名。 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。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。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。 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，它們互為同素異形體。

石墨主要性能特點

　　1、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。

　　2、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。

　　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，摩擦系數越小，潤滑性能越好。

　　4、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。

　　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。

石墨優點

　　(1)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。

　　(2)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(EDM)的負擔;更適合于在大型模具上的應用。

　　(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，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。

　　(4)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。

　　(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，更容易進行手工的研磨和拋光。

　　(6)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。

石墨的主要

　　1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質，在冶金工業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劑，冶金爐的內襯。

　　石墨坩堝

　　2、作導電材料：在電氣工業上用作制造電極、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。

　　石墨墊圈

　　3、作耐磨潤滑材料：石墨在機械工業中常作為潤滑劑。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。

　　石墨活塞杯、密封圈等

　　4、石 墨具有良好的化學穩定性。經過特殊加工的石墨，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、合成纖維、造紙等工業部門，可節省大量的金屬材料。

　　石墨材料作反應槽

　　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，不經加工或稍作加工就可使用，因而節省了大量金屬。生產硬質合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩 堝，區域精煉容器，支架夾具，感應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、 用于原子能工業和國防工業：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是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。

　　7、石墨還能防止鍋爐結垢，有關單位試驗表明，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。石墨經過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關工業部門。

　　石墨作筆芯

　　9、電極方面，石墨能取代銅做為電極。20 世紀60年代，銅做為電極材料被廣泛應用，使用率約占90%，石墨僅有10%左右;21世紀，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，這種曾經占統治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優勢幾乎消失殆盡。是什么導致了這個戲劇性的變化?當然是石墨電極的 諸多優勢。

　　石墨電極

石墨材料的

　　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。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。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。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。