天然石墨与人造石墨的区别与联系
鉴于以天然石墨为原料制备出来的通常是狭义的人造石墨,因此本文仅分析和讨论天然石墨与狭义上的人造石墨的区别与联系 。
晶体结构
天然石墨的晶体发育较完善,天然鳞片石墨的石墨化度通常在98%以上, 而天然微晶石墨的石墨化度通常在93%以下 。
人造石墨的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,其石墨化程度也越高 。目前工业生产的人造石墨,其石墨化程度通常低于90% 。
【天然石墨与人造石墨的区别 石墨是天然的还是人造的】组织结构
天然鳞片石墨是一种单晶体,组织结构较简单,仅存在结晶学上的缺陷(点缺陷、位错、层错等),宏观上表现出各向异性的结构特征 。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的结构特征 。
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 。
物理形态
天然石墨通常以粉体形态存在,可以单独使用,但通常与其它材料复合后使用 。
人造石墨的形态较多,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,使用时需加工成一定形状 。
理化性质
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 。
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 。
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 。
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 。
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 。
以天然石墨为原料开发人造石墨
实际上,借鉴人造石墨的制备工艺开发石墨新产品,在人造石墨行业早已不是新鲜话题 。以天然石墨作主要原材料或辅助原料按人造石墨生产工艺制备的炭石墨制品已很多,有的甚至已形成较大的产业 。
锌锰电池炭棒:以天然微晶石墨和煤沥青为主要原料,经混捏、挤压成型、焙烧、机加工、浸蜡等工序生产的锌锰电池(俗称干电池)炭棒 。
主要利用天然微晶石墨的高导电性和价格低廉的特点,对灰分含量要求不高,但对铁、硫等杂质含量的要求较严格 。
天然石墨电刷 :以天然鳞片石墨和煤沥青为主要原料,经混捏、轧片、磨粉、模压成型、焙烧(必要时还需石墨化处 理)、机加工等工序生产的电机电刷 。
主要利用天然鳞片石墨的高导电性和高取向性的特点,要求铁、硫等杂质含量较 低且灰分含量不高于2%,机加工时要注意鳞片石墨的取向 。
机械用炭石墨材料 :以天然石墨和煤沥青为主要原料,经混捏、轧片、磨粉、模压成型、焙烧等工序生产的块状材料, 需根据使用要求进行精密机加工 。
主要利用天然石墨的润滑性和耐高温、耐腐蚀的特性,对灰分和杂质含量有较高要求 。
从上述几个例子可以看出,与狭义的人造石墨相比,以天然石墨作主要原材料或辅助原料,按人造石墨生产工艺制备的炭石墨制品在生产工艺和产品性能等方面存在以下差别 :
(1)前者通常需要经过2500℃以上的石墨化处理,以获得所需的理化性能,而后者既可以经过石墨化处理,也可以不经过石墨化处理 。
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