天然石墨和人造石墨的区别

leeyang 2024-05-30 07:07:12

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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。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、**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。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、**在颗粒周围的**粘结剂转化的石墨相、颗粒堆积或**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。3.天然石墨与人造石墨的应用领域
石墨具有许多优良的性质，因而在冶金、机械、电气、化工、纺织、国防等工业部门获得广泛应用。天然石墨与人造石墨的应用领域既有相互重叠的部分，也有不相同的地方。3.1 冶金工业
在冶金工业中，天然鳞片石墨因抗氧化性较好可用于生产镁碳砖和铝碳砖等耐火材料。人造石墨可以作为炼钢电极，而天然石墨制成的电极就难以用于使用条件较苛刻的炼钢电炉。3.2 机械工业
在机械工业中，石墨材料通常用作耐磨和润滑材料。天然鳞片石墨的润滑性较好，常用作润滑油的添加剂。输送腐蚀介质的设备，广泛采用人造石墨制成的活塞环、密封圈和轴承，工作时无需加入润滑油。天然石墨与高分子树脂复合材料也可用于上述领域，但耐磨性不如人造石墨。3.3 化学工业
人造石墨具有耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，在化学工业中广泛用于制作热交换器、反应槽、吸收塔、过滤器等设备。天然石墨与高分子树脂复合材料也可用于上述领域，但导热性、耐腐蚀性不如人造石墨。4.石墨应用前景
随着研究技术的不断发展，人造石墨应用前景不可估量。就目前来看，以天然石墨为原料开发人造石墨制品不失为拓展天然石墨应用领域的重要途径之一。天然石墨作为辅助原料早已用于部分人造石墨生产，但以天然石墨为主要原料开发人造石墨制品则研究不够。充分认识和利用天然石墨的结构与特性，采用合适的工艺、路线和方法，生产具有特殊结构、性能和用途的人造石墨制品，是实现这一目标的最佳方式。 20210311

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