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美丽的鳞片石墨,它在我们的生活中扮演着什么角色?
2018月11月08日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:68
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石墨分成两种,一是天然石墨;二是人造石墨。虽然随着制造技术的改进,许多情况下人造石墨的功能已不逊色于天然石墨,然而在部分领域中,天然石墨始终保持着得天独厚的优势。

 

在天然石墨资源中,鳞片石墨(晶质石墨)储量少、价值高,具有良好的导电导热性、润滑性和抗氧化性,被广泛应用于冶金、机械、化工、耐火材料、航空航天等工业,是当今高新技术发展必不可少的非金属材料之一。

 


天然鳞片石墨剥片

 

鳞片石墨结构呈片状及良好的表面性质,使其具有良好的天然可浮性,是自然界中可浮性最好的矿物之一。根据鳞片大小,鳞片石墨可分为大鳞片石墨(粒径在0.3mm、0.18mm、0.15mm)和细鳞片石墨(粒径低于0.15mm)。不过相比而言,大鳞片石墨在市场和应用方面更具优势,相同品位的大鳞片石墨价格也远超细鳞片石墨。

 

鳞片石墨的应用

与石墨应用休戚相关的,是石墨的纯度。可以说,技术上的提纯是石墨原料加工为石墨材料的前提,之后根据所应用的领域,石墨还需在粒度、形貌或性能上进行再加工。具体的提纯操作,大家可点击右侧跳转阅读《石墨如何提高纯度,研究者们这么做!》。


我国石墨消费结构图

(据中国建筑材料地质勘查中心资料)

 

随着加热技术和酸浸技术的进步,能够获得的石墨纯度越来越高,当纯度达到含碳量99%~99.99%甚至更高后,石墨在碳复合材料、电子工业、摩擦材料、润滑等领域也有了更广泛的应用。

 

1.石墨烯

石墨烯是一种具有极高的比表面积、应用潜力广泛的碳材料,在比容量、成本、寿命等较其他产品有显著的卓越性,其制作原料主要与产品种类及制备方法有关。

 

如机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法的原材料都为天然鳞片(晶质)石墨,其中大鳞片石墨更利于石墨烯的生成;而通过气相沉积法制备的石墨烯薄膜原料则是含碳气体,与石墨没有任何关系。

 

 

2.膨胀石墨

作为一种新型功能性碳素材料,膨胀石墨(EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质,制作须使用大鳞片石墨,细粒级的不能使用或者很难使用。

 

EG 除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外,还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。用途广泛,可作防火填料、医用敷料使用,也可处理成柔性石墨作密封材料使用。

 

膨胀石墨不同孔径尺寸SEM图

 

3.石墨负极电池材料

石墨导电性能优异,比一般非金属矿高100倍,是目前应用最广泛的锂离子电池负极材料。鳞片石墨和人造石墨均可用于电池负极材料,二者各有优势,但土状石墨由于电容太低,无法作为石墨负极电池材料。

 

 

 

鳞片石墨具有价格低,电子导电率高、锂离子扩散系数大、嵌埋容量高和嵌埋电位低等诸多优点,但是应用门槛高,对企业的加工环境和加工技术要求较高,在我国主要应用在手机和照相机电池领域,应用企业则有有深圳贝特瑞公司等。人造石墨价格较高,但应用门槛低,对加工技术要求不高,目前也在迅速发展中。总之,目前手机、照相机电池中既有晶质石墨,也有人造石墨,二者所占比例相似。

 

4.耐火材料

鳞片石墨本身具有优良的抗热震性和抗渣侵蚀性能,制成制品后同样具有耐高温、高强度的性质,被广泛用于治金工业的高级耐火材料与涂料,如在炼钢中作钢锭的保护剂、冶金炉的内衬、镁碳砖、坩埚等等,但需要注意的是制造坩埚时最好使用大鳞片石墨。

 

 

 

5.润滑材料

石墨材料良好的润滑性源于石墨晶体结构。其中,大鳞片石墨的润滑性要优于细鳞片石墨,石墨鳞片越大,摩擦系数越低,润滑性就越好。鳞片石墨常在机械工业中作润滑剂使用,经深加工产出的石墨乳,是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好润滑剂。

 

另外,润滑油在高速、高温、高压的条件下使用会大打折扣,而石墨耐磨材料在200~2000 ℃温度及高速状态下无须润滑油也能工作。在许多输送腐蚀介质的设备,也会广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,这样运转时也勿需加入润滑油。

 

 

 

资料来源:

1.中国天然石墨未来需求与发展展望高天明,陈其慎,于汶加,沈镭。

2.我国石墨资源开发利用现状及供需分析,杜轶伦,张福良。

3.保护石墨大鳞片的工艺研究进展,龙渊,张国旺,李自强,肖骁。

 

粉体圈 编辑:小榆



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