人(rén)造石墨和天然石墨的區(qū)別在(zài)於哪裏?
石墨可分為天然石墨和人造石墨。它們的結構和理化性質相似,但用途(tú)卻大(dà)相徑庭。在(zài)許多研究中,一些研(yán)究人員沒有注意到它們之間的(de)區別,而是籠統地稱它(tā)們為石墨。這種混淆兩者的結果(guǒ)造成很多誤導,甚至決策失誤(wù),帶來極大的(de)資源浪(làng)費和經濟損失。本(běn)文從天然石(shí)墨和人造石墨的(de)結構、組成和性能出發,論(lùn)述了它們的特點和區別,以及它(tā)們之間的重(chóng)要關係和應用進(jìn)展。
1.天然石墨和人造石墨(mò)的應用領域
石墨具有許多優異的性能,因此被廣泛應用於冶金、機械、電(diàn)氣、化工、紡(fǎng)織、國防等工(gōng)業部門。天然(rán)石墨和人造石墨的(de)應用領域既有重疊部分,又有區別。
1.1冶金工(gōng)業
在冶(yě)金工業中,天然鱗片石墨具有良(liáng)好的抗氧化(huà)性,可用於(yú)生產鎂碳磚、鋁碳磚(zhuān)等耐火(huǒ)材料。人造石墨可用作煉鋼電極,但天然(rán)石墨製成的電極(jí)難以在條件苛刻的煉鋼爐中使用。
1.2機械行業
在機械工(gōng)業中,石(shí)墨(mò)材料通常用作耐磨和潤滑材料。天然(rán)鱗片石墨具有良好的潤滑性(xìng),常用作潤滑油(yóu)的添加劑。人造石墨(mò)製(zhì)成的(de)活塞環、密封圈和軸承(chéng)廣(guǎng)泛用作輸送腐蝕性介質的設備,工作時不需要潤滑油。天然石墨與聚合物樹脂的複合材料也可用於(yú)上述領域,但其耐磨性不如人造石墨。
1.3化(huà)學工業
人造石(shí)墨具有耐腐蝕、導熱性(xìng)好、滲透性低的(de)特點。在化(huà)學(xué)工業中廣泛(fàn)用於製造換熱器、反應(yīng)罐、吸收塔、過濾器等設備。天然(rán)石(shí)墨和高分子樹脂複合材料也可用於上述領域,但其導熱性和耐腐蝕性不如人造石(shí)墨。
2.石墨的分類和特性:
2.1天然(rán)石墨
天然石墨是大自然的結晶,是在高(gāo)溫高壓(yā)的地質環境長期作用下(xià),富碳有機質轉化而成。天(tiān)然石墨的工藝特性主要取決於其結晶形態。不同晶體形(xíng)態(tài)的礦物具(jù)有不同的工業價值和用途。天(tiān)然石墨有很多種。根據晶(jīng)體形態的不同(tóng),天然石墨在工業上可分為致密結晶石墨、片狀石墨和隱晶質石墨。中國主要有鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨兩種。
2.2人造石墨
人造石墨在結晶學上類似於多晶體。人造石墨種類繁多,生(shēng)產工藝差異很大。廣義而言,凡是通過有機物碳(tàn)化和高(gāo)溫石墨化得到的石墨材料,都可以統稱為人造石墨,如碳(石墨)纖維、熱解碳(石(shí)墨)、泡沫石墨等。狹義的人造(zào)石墨通常是指利用含碳原(yuán)料(石油焦、瀝(lì)青焦等)製成的塊狀(zhuàng)固體材料,如石墨電極(jí)、熱等靜壓石墨等。)以低雜質含量為骨料,以煤瀝青為(wéi)粘結劑,經過配料、捏合、成型、碳化(工業上稱為焙燒)、石墨化等工藝。
3.天(tiān)然石墨和人造石墨的區別(bié)和聯(lián)係
鑒於上述天然石墨通(tōng)常為狹義人造石墨,本(běn)文僅對天然石(shí)墨與狹義(yì)人造石墨的區別和聯係進行分析和探討。
3.1晶體結構
天然石墨:晶體發(fā)育完(wán)善,鱗片石墨的石墨化度大於98%,而天然微晶石墨的石墨化度通常小於93%。
人造石墨(mò):晶體(tǐ)發育程度取決於原料和熱處理溫度。一般來說,熱處理溫度越高,石墨化程度越高。目前,工業人造石(shí)墨的石墨化度通常(cháng)低於90%。
3.2組織結構
天然鱗片石墨:是一種單晶,結構簡(jiǎn)單,隻有(yǒu)晶體學(xué)缺陷(如點缺陷、位錯、堆垛層錯等。),在宏觀上表現出各(gè)向異性特征。天然微晶(jīng)石(shí)墨晶粒較小(xiǎo),晶粒排列(liè)無序,除雜後有孔洞,宏(hóng)觀上呈(chéng)各(gè)向(xiàng)同性。
人造石墨(mò):可視為多相材料,包括石油(yóu)焦或瀝(lì)青焦等碳粒轉化的石(shí)墨相、包覆在顆粒周圍的煤瀝青粘結劑轉化的(de)石(shí)墨相(xiàng)、煤瀝青粘結劑熱處理形成的顆粒堆積或孔隙等(děng)。
3.3物理形式
天然石墨:通常以粉末(mò)形式存在,可以單獨使用,但通常是與其他材(cái)料複合(hé)後使用。
人造石墨:有多種形式,有粉(fěn)狀、纖維狀、塊狀,而狹(xiá)義的(de)人造石墨通常是塊狀,使用(yòng)時需要加工成一定的形狀。
3.4物理(lǐ)和化學(xué)性質
就物理化學(xué)性質而言,天(tiān)然石墨(mò)和人(rén)造石墨在性能上既有相同之處,也有不同(tóng)之處(chù)。例如,天然石墨和人造石墨都是熱和電的良導體,但對於(yú)純度和粒度相(xiàng)同的石墨(mò)粉,天然鱗(lín)片石墨(mò)的傳熱和導電性能最好,其次是(shì)天然微晶石墨和人造石墨。石墨具有良(liáng)好(hǎo)的潤滑性和(hé)一定的可塑性。天然鱗片石墨晶體發育完善,摩擦係數(shù)小,潤滑(huá)性最好,可塑性最高,其次是致密結晶石墨和隱晶質石墨(mò),人(rén)造石墨較差。