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137-2866-5346石墨是典型的層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì),碳原子成層排列,每個(gè)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(guò)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(diǎn)為3850±50℃,沸點(diǎn)為4250℃,即使經(jīng)超高溫電弧灼燒,重量的損失也很小。其熱膨脹系數(shù)很小,石墨強(qiáng)度隨溫度升高而加強(qiáng),在2000℃時(shí),石墨強(qiáng)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(guò)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€(gè)碳原子與其他碳原子之間只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。
3、潤(rùn)滑性:石墨的潤(rùn)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(rùn)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(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(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞,溫度突變時(shí),石墨的體積變化不大,不會(huì)產(chǎn)生裂紋。
石墨因其獨(dú)特的性能而廣泛運(yùn)用于冶金、機(jī)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(qiáng)度的性質(zhì),在冶金工業(yè)中主要用來(lái)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(lái)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(jī)顯像管的涂層等。
3、作耐磨潤(rùn)滑材料:石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)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(dòng)速度下不使用潤(rùn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好潤(rùn)滑劑。
4、石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性:經(jīng)過(guò)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),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(guò)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(zhǎng)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(guó)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(dòng)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)定性、耐腐蝕性,石墨完全可以滿(mǎn)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(guò)幾十個(gè)PPM,特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM。在國(guó)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(lèi)也開(kāi)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(mén)泄漏問(wèn)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(guó)已用它做為汽車(chē)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的作用。
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