石墨的應用和發展前景

石墨的應用和發展前景

石墨的簡介

石墨是元素碳的一種同素異形體， 每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子 （排列方式呈蜂巢式的多個六邊形） 以共價鍵結合， 構成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。 石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期 IVA 族。

性質特征

常溫下單質碳的化學性質比較穩定， 不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑；不同高溫下與氧反應燃燒，生成二氧化碳或一氧化碳； 在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應； 在加熱下， 單質碳較易被酸氧化；在高溫下，碳還能與許多金屬反應，生成金屬碳化物。碳具有還原性，在高溫下可以冶煉金屬。石墨是碳質元素結晶礦物， 它的結晶格架為六邊形層狀結構。 每一網層間的距離為 340pm ，同一網層中碳原子的間距為 142pm; 。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。石墨與金剛石、碳 60、碳納米管等都是碳元素的單質，它們互為同素異形體。石墨的特殊性質耐高溫性：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為 4250℃，即使經超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在 2000℃時，石墨強度提高一倍。導電、導熱性： 石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。 導熱性超過鋼、 鐵、鉛等金屬材料。

導熱系數隨溫度升高而降低， 甚至在極高的溫度下， 石墨成絕熱體。 石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成 3 個共價鍵 ,每個碳原子仍然保留 1 個自由電子來傳輸電荷。

潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小， 鱗片越大， 摩擦系數越小， 潤滑性能越好。化學穩定性：石墨在常溫下有良好的化學穩定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

抗熱震性： 石墨在常溫下使用時能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞， 溫度突變時， 石墨的體積變化不大，不會產生裂紋。

石墨現今的主要用途：

作耐火材料。

作導電材料。

作耐磨潤滑材料。

用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業部門。

作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料。

用于原子能工業和國防工業。

石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。

現今石墨開始逐漸取代銅做電極原料，有著很大的潛力。

主要原因如下：

加工速度更快： 通常情況下， 石墨的機械加工速度能比銅快 2~5 倍；而放電加工速度比銅快2~3 倍。材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優勢明顯；銅的軟化點在 1000 度左右，容易因受熱而產生變形；石墨的升華溫度為 3650 度；熱膨脹系數僅有銅的 1/30 。重量更輕：石墨的密度只有銅的 1/5 ，大型電極進行放電加工時，能有效降低機床（ EDM）的負擔；更適合于在大型模具上的應用。

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