中碳石墨

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天然石墨与人造石墨的区别和关系

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天然石墨与人造石墨的区别和关系

发布日期:2019-10-10 作者: 点击:

石墨可分为天然石墨与人造石墨,二者结构相近,物理化学性质相似,但用途却有着较大差别。众多研究中,某些研究者没有注意到两者的区别而笼统地称之为石墨。这种将二者混为一谈的结果造成了很多的误导,甚至是决策的错误,带来很大的资源浪费和经济损失。本文就从天然石墨与人造石墨结构组成、性能的角度出发,谈谈两者的特点与区别,以及重要联系与应用进展。低碳石墨


1石墨分类与特点


1.1 天然石墨


天然石墨是富碳有机物在高温高压地质环境长期作用下转变形成的,是大自然的结晶。天然石墨的工艺特性主要取决于它的结晶形态。结晶形态不同的矿物,具有不同的工业价值和用途。天然石墨的种类较多,根据结晶形态不同,工业上将天然石墨分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨三类。我国主要有鳞片石墨和隐晶质石墨两大类。


1.2 人造石墨


人造石墨类似于结晶学中的多晶体。人造石墨种类繁多,生产工艺千差万别。广义上来说,一切通过有机物炭化再经石墨化高温处理后得到的石墨材料均可统称为人造石墨,如炭(石墨)纤维、热解炭(石墨)、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常是指以杂质含量较低的炭质原料(石油焦、沥青焦等)为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化(工业上称为焙烧)和石墨化等工序制得的块状固体材料,如石墨电极、热等静压石墨等。


2天然石墨与人造石墨的区别和联系


鉴于以上天然石墨为原料制备出来的通常是狭义的人造石墨,现仅分析和讨论天然石墨与狭义人造石墨的区别与联系。

低碳石墨

2.1 晶体结构


天然石墨:晶体发育较为完善,鳞片石墨的石墨化程度更在98%以上,而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。


人造石墨:晶体发育程度取决于原材料及热处理温度。一般来说,热处理温度越高,其石墨化程度也就越高。目前工业生产的人造石墨,其石墨化程度通常低于90%。


2.2 组织结构


天然鳞片石墨:是一种单晶,组织结构较简单,仅存在结晶学上的缺陷(如点缺陷、位错、层错等),宏观上表现出各向异性的特征。天然微晶石墨的晶粒较小,晶粒之间杂乱排列且存在杂质脱除后的孔洞,宏观上表现出各向同性。


人造石墨:可看作是一种多相材料,包括石油焦或沥青焦等炭质颗粒转化的石墨相、包覆在颗粒周围的煤沥青粘结剂转化的石墨相、颗粒堆积或煤沥青粘结剂经热处理后形成的气孔等。


2.3 物理形态


天然石墨:通常以粉体形态存在,可单独使用,但通常与其它材料复合后使用。


人造石墨:形态较多,既有粉状,也有纤维状和块状,而狭义的人造石墨通常为块状,使用时需要加工成一定形状。


2.4 理化性质


在理化性质方面,天然石墨与人造石墨既有共性,也存在性能上的差异。如天然石墨与人造石墨都是热和电的良导体,但对于相同纯度和粒度的石墨粉体来说,天然鳞片石墨的传热性能和导电性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。石墨具有的较好的润滑性和一定的可塑性,天然鳞片石墨的晶体发育较完善,摩擦系数较小,润滑性最好,可塑性最高,而致密结晶状石墨和隐晶质石墨次之,人造石墨较差。


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