石墨是碳的一種同素異性體,在高溫下形成的灰黑色不透明固體,由于其化學性能穩定、耐高溫、耐腐蝕的特性,在工業領域被廣泛用作耐火材料、導電材料、高溫冶金材料等。
自然界中存在的石墨中通常含有氧化矽、氧化鋁、氧化銅雜質,因此需要提純後使用。含碳量高于99.99%的高純石墨具有更好的耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、熱膨脹系數小、自潤滑、電阻系數小及易于機械加工等優點,更有利于工業生産加工。
原料
生産高純石墨的原料包括骨料、黏結劑和浸漬劑。針狀石油焦和瀝青焦通常用作骨料焦。針狀石油焦在高溫下容易石墨化,具有更好的導電性與導熱性、線膨脹系數較小; 用瀝青焦在同樣的石墨化溫度下獲得的石墨,其電阻率較大,但機械強度較高。在生産石漠化産品時,通常在石油焦内摻入到一定比例的瀝青焦來獲得更高的機械強度。
黏結劑通常使用煤瀝青,它是煤焦油蒸餾加工過程中的産物,在常溫下為黑色固體,無固定熔點。
石墨浸漬劑的性質決定了石墨的化學穩定性、熱穩定性、機械強度和應用溫度等。目前常用的浸漬劑通常為合成樹脂和金屬。
煅燒
提純煅燒就是将各種固體炭素原料在隔離空氣的條件下進行高溫加熱處理。由于骨料的成焦溫度或成媒的地質年份不同,在内部結構中含有的水分雜質也不同,需要先經過煅燒提純将雜志排除後,才不會影響産品的使用效果。
磨粉
煅燒提純後的材料仍具有較大的粒度,并且波動較大、組成不均勻,需要經過磨粉将骨料研磨至符合配料要求。
混捏
磨制好的粉末需與煤瀝青黏結劑按一定比例配好後投入到加熱式混捏機中進行混捏,使物料分布均勻。混捏後再将物料壓制成型,常用的成型法有擠壓成型、模壓成型、振動成型、等靜壓成型四種。
焙燒
焙燒是指将壓型後的生坯在隔離空氣條件下進行大約1000℃的熱處理。成型後的炭素制品經焙燒過程,使黏結劑炭化為黏結劑焦。
浸漬
在焙燒過程中碳素制品内部會形成微小氣孔,并且原本的骨料焦炭顆粒中也存在開口氣孔,這些氣孔會影響到最終石墨成品的導電率、抗化學腐蝕性等。浸漬的目的就是将熔融瀝青等浸漬劑填充到碳素制品的氣孔中,以提高成品的性能。
石墨化
石墨化是指使将熱力學不穩定的非石墨質碳通過熱活化作用轉變為石墨質碳的高溫熱處理過程,也是提純高純度石墨的最後一步。
高純度石墨是理想的無機非金屬材料,可以用于高級耐火材料與塗料、軍事工業火工材料安定劑、輕工業的鉛筆芯、電氣工業的碳刷、電池工業的電極、化肥工業催化劑添加劑等行業。
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