石墨(Graphite)www.tool-tool.com
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    [晶体化学]  自然界纯石墨很少,常含有SiO2、Al2O3、FeO、MgO、CaO、P2O5、CuO、H2O、沥青及粘土等杂质,可多达10~20%。
    [结构与形态]  层状结构。碳原子组成六方网层。根据层的叠置层序和重复周期分为两种类型:ABAB两层一个重复周期的2H型,a0=0.2462nm,c0=0.670 nm;Z=4;ABCABC三层一个重复周期的3R型,a0=0.246nm,c0=1.006nm,Z=6。层内原子间距0.142nm,层间距0.335nm。层内原子作六方环状排列,碳原子为三配位,碳原子的外层构型为s2p2,杂化作sp2。每个碳原子以一个s电子和两个p电子与其周围的三个碳原子形成共价键,而另一个具有活动性的p电子则形成离域大π键,从而使晶体具有一定的金属性。层内极强的结合、层间巨大的间距及弱键构成了石墨结构的主要特点,并决定了石墨的特殊性能。
    复六方双锥晶类,D6h-6/mmm (L66L27PC)。六方板状晶形。常见单形:平行双面c{0001},六方双锥p{1011}、φ{1122}、o{1012},六方柱m{1010}。底面常具三角形条纹。依(1121)为双晶面形成双晶。一般呈鳞片状或致密块状、土状。
    [理化性能]  铁黑至钢灰色。条痕光亮黑色。金属光泽,隐晶集合体呈土状者光泽暗淡。不透明。解理{0001}xx。硬度1~2。相对密度2.1~2.3。有滑腻感,具良导电性。
    偏光镜下:极薄的薄片能透光,浅绿灰色。一轴晶(-),折射率约1.93~2.07。
    耐高温性:石墨是碳的高温变体,是目前已知的最耐高温的材料之一,熔点高达3850℃,4500℃才气化。2500℃时石墨的强度反而比室温时提高一倍。
    导电、导热性能:电导率约为一般非金属的100倍,碳素钢的2倍,铝的3~3.5倍。若将石墨定向排列,加温、加压制成定向石墨,其顺向导电性约为反向导电性的1000倍,故可制成各种半导体材料和高温导电材料。石墨的导热性能超过钢、铁、铝,且具有异常导热性,即导热率随温度的升高而降低,在极高的温度下则趋于绝热。
    化学稳定性:常温下具良好的化学稳定性,不受任何强酸、强碱和有机溶剂的腐蚀。但在氧化剂(如高氯酸HClO4)作用下能被氧化。在空气中500℃开始氧化,700℃时水蒸气可对其产生侵蚀,900℃时CO2也能对其产生侵蚀作用。热稳定性良好,膨胀系数小(1.2*10-6/℃),高温下能经受温度剧烈变化而不破坏,且其体积变化不大。
    润滑性和可加工性:具良好的润滑性能,其摩擦系数在润滑介质中小于0.1。鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
    吸热性和散热性:具良好的吸热性能,每1kg可吸收(2.96~9.211)*107J热量,而金属材料每1kg的吸热量为4.061*107J;石墨的散热性能与金属相当。
    涂敷性:石墨可涂抹固体,形成薄膜,当其颗粒小至5~10μ时粘附力更强。
    在原子反应堆中,石墨还具有良好的中子减速性能。
    [产状与组合]  形成于高温条件下的还原作用。分布最广的石墨变质矿床,由碳质沉积物或煤层受区域变质或岩浆侵入作用而形成。石墨亦可产于某些火成岩中,碳常来自含碳的围岩,也见于伟晶岩脉。
    [鉴定特征]  铁黑色,条痕黑色,一组xx解理,硬度小,染手。与辉钼矿相似,但辉钼矿具更强的金属光泽,相对密度稍大。在涂釉瓷板上,辉钼矿的条痕色黑中带绿,而石墨条痕不带绿色。
    [工业应用]  石墨的结晶状态影响其工艺性能。工业上根据石墨的结晶程度将其分为两类:一类为晶质石墨,呈鳞片状或块状,晶体大于1μ,可用肉眼或显微镜辨别其晶形;另一类为隐晶质石墨,晶体细小,显微镜下亦难以辨识其晶形,又称无定形石墨或土状石墨。一般工业要求(wB%):晶质石墨风化矿,边界品位固定碳2~3,工业品位固定碳2.5~3.5;原生矿,边界品位固定碳2.5~3.5,工业品位固定碳3~8;隐晶质石墨矿,边界品位固定碳≥55,工业品位固定碳≥65。
    鳞片状石墨:经加工提纯可提高其含碳量。根据固定碳含量,分为高纯石墨(固定碳含量99.9~99.99%,代号LC)、高碳石墨(94.0~99.0%,LG)、中碳石墨(80.0~93.0%,LZ)、低碳石墨(50.0~79.0%,LD)。各级石墨的牌号依次由代号、粒度和固定碳的含量组成。
    隐晶质石墨:根据其粒度分为无定形石墨粉和石墨粒。石墨粉分为0.149、0.074、0.044mm三个粒级,用阿拉伯数字作代号;石墨粒分为粗(6~13mm)、中(0.6~6mm)、细(0.149~0.6mm),分别用拼音字母C、Z、X为代号;特性代号为W,其中有含铁量要求者代号用WT。牌号依次由石墨特性代号、固定碳含量、粒级代号组成。
    石墨主要应用于如下工业领域:
    冶金工业:是石墨的{zd0}消费领域。主要用于石墨坩锅、铸造模具和耐火砖,也用作炼钢的增碳剂。在铸造工艺中,利用石墨的涂敷性、耐火性、润滑性和化学稳定性,作为铸模的涂料,可使铸模耐高温、耐腐蚀、模面光滑、铸件易脱模。在高温电炉和高炉的耐火材料中加入石墨,可明显提高其抗热冲击性和抗腐蚀性。石墨砖、碳镁砖、碳铝砖等用于高温电炉和高炉,可提高炉龄。
    机械工业:一般润滑油不能适应其高速、高压的要求,而石墨润滑剂可以耐-200~ 2000℃的温度和极高的滑动速度。石墨润滑剂可为水剂胶体、油剂胶体或粉剂。水剂胶体润滑剂用于难熔金属钨、钼的拉丝与压延;油剂胶体润滑剂用于制造玻璃皿和航空、轮船等高速运转机械的润滑;纺织、食品机械由于不能使用液体润滑,亦往往采用石墨粉。
    电气工业:石墨主要用于制作电极、电刷、电池及电影机、探照灯发光用的电碳棒、焊接发热用的碳精棒、电炉用的碳管等。
    其它应用:化学工业中利用石墨具抗酸、碱和有机溶剂腐蚀的性能,制造管件、阀门和衬砌材料;轻工业中用石墨作玻璃、造纸的抛光剂,油漆、油墨、橡胶、塑料的填料,铅笔芯。
    高碳石墨(高纯度,高密度)作为核反应堆的减速剂、防核辐射外壳,是国防和核能工业的重要材料。

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