石墨級石墨制品的性質(zhì)及用途

    石墨是典型的層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，碳原子成層排列，每個碳原子與相鄰碳原子之間等距相連，每一層中的碳原子按六方形環(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)，位移的方向和距離不同就導(dǎo)致不同的結(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（層內(nèi)C-C間=0.142nm，層間C-C間距=0.340nm）。石墨由于其結(jié)構(gòu)而具有以下性質(zhì)：

1、耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失也很小。其熱膨脹系數(shù)很小，石墨強度隨溫度升高而加強，在2000℃時，石墨強度比提高一倍。

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娛且驗槭忻總€碳原子與其他碳原子之間只形成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，潤滑性能也就越好。

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、堿有機溶劑的腐蝕。

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(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。

    石墨因其獨特的性能而廣泛運用于冶金、機械、石油、化工、電子、建材、地質(zhì)、輕工等領(lǐng)域，主要有以下用途：

1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質(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)上用來制造電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件，電視機顯像管的涂層等。

3、作耐磨潤滑材料：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 ℃溫度和很高的滑動速度下不使用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備廣泛采用石墨材料制成的活塞環(huán)、密封圈和軸承，它們運轉(zhuǎn)時不需要加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時的良好潤滑劑。

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，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)備等，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)領(lǐng)域，能夠節(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，且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后所得鑄件尺寸精確，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、底座、高溫電阻爐爐管和棒、板、格棚等元件。

6、用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)：石墨是良好的中子減速劑，可用于原子反應(yīng)堆中，鈾—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、穩(wěn)定性、耐腐蝕性，石墨完全可以滿足上述要求。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。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類也開發(fā)了許多石墨的新用途。如柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，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(xué)技術(shù)和工業(yè)的不斷發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的作用。

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