關於石墨&石墨的製造流程
石墨(Graphite)是碳元素的結晶礦物之一,與金剛石同是碳的同質多像體,或稱同質異形體。是一種具有耐高温、導電、導熱、潤滑、可塑和抗腐蝕等性能的非金屬礦物。石墨作為一種礦物於1565年被發現,1770年確定其成分為碳,1789年定名為石墨。
目前商業上所指的石墨,還有人造石墨,它是將石油焦或其他含碳高的材料(瀝青焦、碳黑),加入一定量的黏結劑,經過捏合、成型、焙燒和在2800℃下石墨化而成。近數十年來並擴大應用於石化、機械、電器、航太、國防及原子能工業領域中,堪稱為工業之母。
石墨的性質
石墨雖屬非金屬礦物,但具有金屬及有機化合物的性質,其主要特性有:
- 耐高溫及特殊的熱性能
- 石墨是最耐高溫的輕質元素之一,石墨熔點為:3850°C、沸點為4250 °C,比高溫之王鎢高得多。石墨在超高溫條件下不軟化,而且強度反而增高;在2520°C時,其抗拉強度比常溫時高一倍。另外,石墨的熱膨係數很小,只有 1.2 *10¯6 I/°C,故在溫度驟變時,體積變化不大,具有良好的抗熱震性能。
- 優良的導電和導熱性
- 石墨的導電導熱性不亞於金屬,它比不銹鋼大4倍,比碳素鋼大2倍,比鉛大3~3.5倍,比其他非金屬高約100倍。其導電導熱性和石墨化程度有關,石墨化程度越高,導電導熱性能越好;但石墨的導熱性又和金屬不同,隨著溫度的升高,導熱係數不是增加而是減少,在極高溫度時,則趨於絕熱狀態,如將石墨置於磁場中,加溫加壓則可製成定向石墨,其順向的導電率比反向的導電率高 1000 倍,稱之為各向異性。
- 潤滑性
- 石墨的潤滑性能類似於二硫化鉬,在潤滑介質中石墨的摩擦係數為0.1以下,鱗片越大摩擦係數越小,潤滑性能越好,在氣體、液體、韌體物質或結晶狀物質中,均具有良好的耐磨性,而且潤滑性能不受溫度的影響。
- 塗敷性及可塑性
- 石墨能牢固地黏附在固體表面不易脫落,粒度越小,黏著力越強,另外,石墨的可塑性很好,可以加工成複雜的形狀。
- 化學穩定性
- 石墨在常溫下,有很好的化學穩定性,能耐任何強酸,強鹼及有機溶液的浸蝕,其化學穩定性和其純度,溫度有關,石墨在低溫時氧化速度很小,當溫度達到400°C時開始氧化,溫度越高氧化速度越快,因此,在空氣中石墨製品的使用溫度不能超過500°C。
- 其他
- 石墨是一種脆性材料,其抗沖擊及抗拉強度均很差,其性能取決了石墨的種類及加工方法,一般石墨製品的強度為:抗壓強度>抗彎強度>抗拉強度,其差值為二的倍數。由於測定抗壓強度較為方便,因此,一般只測其抗壓強度,石墨又軟又硬,水平方向硬度為二,可在紙上劃出條痕,而垂直方向硬度很高,硬到可使金剛石刀具損壞。
石墨製品的用途
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常作船軸,火車頭及車箱輪軸潤滑,在高溫、高速及高壓條件下代替一般的潤滑油,用石墨製成的固體潤滑劑用於各種機械的無油潤滑、機械軸封環、迫緊、製紙、印染塑膠用熿罐機回轉蒸氣接頭、天車用碳精導電輪、深水泵合板機用軸承。
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石墨的最大用戶是冶金,主要用來做耐火材料,如石墨坩堝、高爐襯裡、保溫劑及增碳劑等。石墨熔點較高,於4500°C才汽化,加入石墨形成的碳以後,能明顯改善耐火材料抗沖擊和抗腐性能。
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在化學工中應用石墨耐腐蝕,導熱性好等特性,經過特殊加工成不透性石墨和透性石墨製品,用於氯、鹽酸、硫酸、磷肥等化工過程,主要用作不滲透碳精熱交換器、化學泵軸封、冷卻器、反應塔、焚燒爐、冷凝器及石墨管材等方面。
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石墨具有優異的導電性,可製造各種馬達用碳精電刷子——發電機一般交直流馬達、汽車、船舶、火車、工程車、電動工具、果汁機、迷你馬達、空氣喇叭、電梳、縫衣機用電刷、電極、碳管、碳棒,特別是浸金屬石墨電刷用於多種線路的電機車滑塊,為複雜電路電機車的正常運行解決了一個難題。
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石墨具有良好的中子減速性能,可做核反應堆中的減速劑,鈾—石墨反應堆,是目前應用較廣的一種核反應堆。
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利用石墨的熱力學性質,研製出各種石墨複合材料,製成火箭、導彈、飛機的噴嘴、尾噴管、鼻錐、熱屏蔽板等等航空太空機件。
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除上述用途外,石墨可做玻璃及造紙業的拋光劑、防腐塗料、防銹、鍋爐防垢劑、鉛筆芯、油漆及石墨填充料、覆寫紙、鞋油原料等。
石墨製作流程
Carbon and Graphite products - electrodes, nipples, (connecting pins), cathodes and furnace linings - entail 4 main production steps as shown aside:
- Forming
- Baking
- Graphitizing*
- Machining