石墨的應(yīng)用及其發(fā)展前景

1、石墨的應(yīng)用及其發(fā)展前景摘要：自然界中純凈的石墨是沒(méi)有的，其中往往含有SiO2、A12O3、FeOCaOP2O5CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2H2CH4N2等氣體部分。因此對(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。本文主要介紹石墨的在工業(yè)，機(jī)械，化工等行業(yè)中的應(yīng)用及其發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：耐火導(dǎo)電耐磨工業(yè)國(guó)防電極膨脹石墨前言：石墨是元素碳的一種同素異形體，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形）以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些電子能夠自由移動(dòng)，因此石墨屬于導(dǎo)

2、電體。分子結(jié)構(gòu)如圖:石墨是其中一種最軟的礦物。由于石墨具有許多優(yōu)良的性能，因而在冶金、機(jī)械、電氣、化工、紡織、國(guó)防等工業(yè)部門(mén)獲得廣泛應(yīng)用。一百多年來(lái)石墨產(chǎn)業(yè)在世界工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著輔助作用。最近美國(guó)和法國(guó)的科學(xué)家利用石墨層制造出電子回路與集成電路的原理模型，有研究人員相信，石墨層碳納米管及石墨層電路有應(yīng)用的可能。世界上有科學(xué)家正在繼續(xù)探索研究石墨礦物，預(yù)計(jì)新用途石墨產(chǎn)品會(huì)不斷被研究開(kāi)發(fā)出來(lái)，石墨的應(yīng)用前景不可限石墨可用于生產(chǎn)耐火材料、導(dǎo)電材料、耐磨材料、潤(rùn)滑劑、耐高溫密封材料、耐腐蝕材料、隔熱材料、吸附材料、摩擦材料和防輻射材料等，這些材料廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、機(jī)械工業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)、核工業(yè)、國(guó)

3、防等。1、作耐火材料：在鋼鐵工業(yè)，石墨耐火材料用于電弧高爐和氧氣轉(zhuǎn)爐的耐火爐襯、鋼水包耐火襯等；石墨耐火材料主要是整體澆鑄材料、鎂碳磚和鋁石墨耐火材料。石墨還用于粉末冶金和金屬鑄造成膜材料，石墨粉加入到鋼水中增加鋼的碳含量，使高碳鋼具有許多優(yōu)異性能。由于石墨消費(fèi)量最大的市場(chǎng)是鋼鐵工業(yè)，鋼鐵工業(yè)發(fā)展變化基本上可以預(yù)示石墨需求量的變化方向。同時(shí)，隨著耐火材料生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，耐火材料壽命延長(zhǎng)，單位鋼鐵生產(chǎn)耐火材料消耗將減少。作者認(rèn)為，世界鋼鐵工業(yè)對(duì)石墨總需求量將趨于穩(wěn)定。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(huà)零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。3、作耐磨潤(rùn)

4、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（一）2002000C溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(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活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時(shí)的良好的潤(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)，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(guò)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(mén)，可節(jié)省大量的金屬材料。5、作鑄造、翻砂、壓模

5、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(zhǎng)地竭，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(guó)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(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，耐腐蝕的性

6、能，石墨完全可以滿(mǎn)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(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(xiàn)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45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(guò)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(mén)。鉛筆制造業(yè)是中國(guó)石墨應(yīng)用的一個(gè)傳統(tǒng)市場(chǎng)，制造鉛筆對(duì)石墨質(zhì)量的要求不高，一般隱品質(zhì)石墨即可；近幾年來(lái)中國(guó)鉛筆制造業(yè)

7、具有國(guó)際比較優(yōu)勢(shì)，出口鉛筆到北美和歐洲國(guó)家，北美和歐洲國(guó)家進(jìn)口石墨粉數(shù)量顯著減少；但是，中國(guó)鉛筆制造市場(chǎng)對(duì)石墨粉的需求量較大也比較穩(wěn)定。打印機(jī)用噴墨和復(fù)印機(jī)用碳粉需要超細(xì)圖純石墨，在世界墨粉市場(chǎng)，超細(xì)圖純石墨粉的消費(fèi)比較穩(wěn)定。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(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過(guò)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(shì)幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢(shì)。（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)

8、械加工速度能比銅快25倍；而放電加工速度比銅快23倍；材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢(shì)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1/300（2）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(shí)，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(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來(lái)，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。（4）沒(méi)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(méi)有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

9、化生產(chǎn)；（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(jìn)行手工的研磨和拋光；（6）材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定；由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)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(jià)格比銅的價(jià)格低30%60%,并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動(dòng)非常小。10石墨深加工產(chǎn)品填加到塑料產(chǎn)品和橡膠產(chǎn)品中，可使塑料制品和橡膠制品不產(chǎn)生靜電，許多工業(yè)產(chǎn)品需要具有防靜電和屏蔽電磁輻射功能，石墨產(chǎn)品兼有這兩項(xiàng)功能，石墨在塑料制品、橡膠制品及其它相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用也會(huì)增加。正是這種無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，石墨逐漸取代銅成為EDMfe極的首選材料石墨新用途：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開(kāi)發(fā)了許多新用途。柔性石墨制品。柔性石墨又稱(chēng)膨脹石墨，是年代開(kāi)發(fā)的一種新的石墨制品。美國(guó)研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門(mén)泄漏問(wèn)題，隨后德、日、法也開(kāi)始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)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(yè)領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)需求量逐年增長(zhǎng)。此外，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)