石墨的应用和发展前景

石墨的应用和发展前景

石墨的简介

石墨是元素碳的一种同素异形体， 每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子 （排列方式呈蜂巢式的多个六边形） 以共价键结合， 构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。 石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期 IVA 族。

性质特征

常温下单质碳的化学性质比较稳定， 不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳； 在卤素中只有氟能与单质碳直接反应； 在加热下， 单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。石墨是碳质元素结晶矿物， 它的结晶格架为六边形层状结构。 每一网层间的距离为 340pm ，同一网层中碳原子的间距为 142pm; 。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。石墨与金刚石、碳 60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。石墨的特殊性质耐高温性：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为 4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在 2000℃时，石墨强度提高一倍。导电、导热性： 石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。 导热性超过钢、 铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低， 甚至在极高的温度下， 石墨成绝热体。 石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成 3 个共价键 ,每个碳原子仍然保留 1 个自由电子来传输电荷。

润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小， 鳞片越大， 摩擦系数越小， 润滑性能越好。化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。

可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。

抗热震性： 石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏， 温度突变时， 石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

石墨现今的主要用途：

作耐火材料。

作导电材料。

作耐磨润滑材料。

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。

作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料。

用于原子能工业和国防工业。

石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。

现今石墨开始逐渐取代铜做电极原料，有着很大的潜力。

主要原因如下：

加工速度更快： 通常情况下， 石墨的机械加工速度能比铜快 2~5 倍；而放电加工速度比铜快2~3 倍。材料更不容易变形：在薄筋电极的加工上优势明显；铜的软化点在 1000 度左右，容易因受热而产生变形；石墨的升华温度为 3650 度；热膨胀系数仅有铜的 1/30 。重量更轻：石墨的密度只有铜的 1/5 ，大型电极进行放电加工时，能有效降低机床（ EDM）的负担；更适合于在大型模具上的应用。