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石墨的性质和相关特性介绍

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石墨坩埚

 

石墨的性质

 

石墨质软,黑灰色;有油腻感,可污染纸张。硬度为1~2,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3~5。比重为1.9~2.3。在隔绝氧气条件下,其熔点在3000℃以上,是最耐温的矿物之一。

 

化学性质稳定,耐腐蚀,同酸、碱等药剂不易发生反应。可用作抗磨剂、润滑剂,高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂,还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。

 

石墨坩埚

石墨的部分分子结构图

 

石墨的特性

(1)耐高温性

石墨的熔点为 3850±50℃,沸点为 4250℃,即使用超高温电弧烧成,其失重率和热膨胀系数也很小,石墨的强度随温度的升高而增加。在 2000℃时,石墨的强度提高了一倍。

(2)润滑性:

石墨的润滑性取决于石墨片的大小。鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。

(3)化学稳定性:

石墨在室温下具有良好的化学稳定性,耐酸、碱和有机溶剂腐蚀。

(4)塑性:

石墨具有良好的韧性,可被压成薄片。

(5)抗热震性:

石墨在室温下使用时,能承受温度的剧烈变化而不会破坏。当温度突然升高时,石墨的体积不会有很大变化,不会产生裂纹。

 

石墨石英坩埚.jpg

 

 

石墨的产品形式

(1)高纯石墨

主要被用于军事及工业材料中稳定剂及其它行业的工业催化作用,有着结晶完整并具有非常良好的导热性能。

(2)等静压石墨

等静压石墨是高纯石墨的延伸产品,主要由高纯石墨加工而成,有着高纯石墨的特点,具有受热膨胀率小、受热后的热传导性能优良等主要特点。

(3)可膨胀石墨

可膨胀石墨主要选用自然排列的天然鳞片石墨,主要经过酸性氧化处理后的层间化合物,本身体有着耐高温、耐高热等优点外,增加了石墨的可膨胀性

(4)氟化石墨

氟化石墨是集性能与效益合一的新型石墨产品。有着较高的附加值与独特的品质,被多个领域广泛应用的石墨功能性材料。主要应用于电池原料与固体润滑剂等领域。

(5)胶体石墨

胶体石墨主要在保证优良的导电性与导热性之外利用石墨成膜均匀等特点,主要应用于消除静电成膜领域。

(6)石墨烯

石墨烯是一种由一个原子厚度组成的二维材料,主要是用于军事领域的防弹材料制作与导电剂。

 

石墨油槽

 

石墨的用途

(1)耐火材料

在钢铁工业,石墨耐火材料用于电弧高炉和氧气转炉的耐火炉衬、钢水包耐火衬等; 石墨耐火材料主要是整体浇铸材料、镁碳砖和铝石墨耐火材料。石墨还用于粉末冶金和金属铸造成膜材料,石墨粉加入到钢水中增加钢的碳含量,使高碳钢具有许多卓越的性能。

(2)导电材料

在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极,石墨垫圈、电话零件,电视机显像管的涂层等。

(3)耐磨润滑材料

石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用,而石墨耐磨材料可以在-200~2000℃温度中在很高的滑动速度下,不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,它们运转时无需加入润滑油。

(4)耐腐蚀材料

经过特殊加工的石墨,具有耐腐蚀、导热性好,渗透率低等特点,就大量用于制作热交换器,反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的金属材料。

(5)高温冶金材料

由于石墨的热膨胀系数小,而且能耐急冷急热的变化,可作为玻璃器的铸模,使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确,表面光洁成品率高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚,区域精炼容器,支架夹具,感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管等元件。 

(6)原子能与国防工业

石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中,铀-石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点,稳定,耐腐蚀的性能,石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高,杂质含量不应超过几十个ppm 。特别是其中硼含量应少于0.5ppm。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴,导弹的鼻锥,宇宙航行设备的零件,隔热材料和防射线材料。

此外,石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂,是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料,美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料,在国民经济中具有重要的作用。

 

石墨坩埚

石墨油槽

 

石英坩埚

石墨上下模

 

 

石墨坩埚

 

 

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石墨石英坩埚

石墨坩埚
 
2020年3月30日 08:53
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