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石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。
自然界中沒(méi)有純凈的石墨，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。
同素異形體
石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。
天然石墨
石墨的工藝特性主要決定于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的石墨礦物，具有不同的工業(yè)價(jià)值和用途。工業(yè)上，根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同，將天然石墨分為三類(lèi)。
致密結(jié)晶狀石墨
1．致密結(jié)晶狀石墨
致密結(jié)晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類(lèi)石墨結(jié)晶明顯晶體肉眼可見(jiàn)。顆粒直徑大于0．1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g，晶體排列雜亂無(wú)章，呈致密塊狀構(gòu)造。這種：石墨的特點(diǎn)是品位很高，一般含碳量為60～65%，有時(shí)達(dá)80～98%，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。
鱗片石墨
2．鱗片石墨
石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強(qiáng)度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細(xì)鱗片之分。此類(lèi)石墨礦石的特點(diǎn)是品位不高，一般在2～3%，或10～25%之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過(guò)多磨多選可得高品位石墨精礦。這類(lèi)石墨的可浮性、潤(rùn)滑性、可塑性均比其他類(lèi)型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價(jià)值最大。
隱晶質(zhì)石墨
3．隱晶質(zhì)石墨
隱晶質(zhì)石墨又稱(chēng)微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見(jiàn)到晶形。此類(lèi)石墨的特點(diǎn)是表面呈土狀，缺乏光澤，潤(rùn)滑性比鱗片石墨稍差。品位較高。一般的60～85%。少數(shù)高達(dá)90%以上。一般應(yīng)用于鑄造行業(yè)比較多。主要蘊(yùn)藏隨這石墨提純技術(shù)的提高。土狀石墨應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
特種石墨成型方式
石墨在工業(yè)上運(yùn)用極廣，幾乎每個(gè)行業(yè)都會(huì)用到。工業(yè)上多用的是人造石墨，也就是特種石墨。按其成型的
方式可分為以下幾種。
1．等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等靜壓。
2．模壓石墨
3．?dāng)D壓石墨，多為電極材料。
其中按石墨的顆粒度分，也可分為：細(xì)節(jié)構(gòu)石墨、中粗石墨（一般的顆粒度在0.8mm左右）、還有就是電極
石墨（2-4mm）。
石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：
1） 耐高溫性：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。
2） 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過(guò)鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。
3）潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。
4）化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。
5）可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。
6）抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。
名字來(lái)源：源于希臘文“graphein”，意為“用來(lái)寫(xiě)”。由德國(guó)化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于1789命名
化學(xué)組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質(zhì)
類(lèi)別：自然元素-非金屬元素-碳族
晶體特征
晶系和空間群：六方晶系，P63/mmm
晶胞參數(shù)：a0=0.246nm，c0=0.670nm
典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子成層排列，每個(gè)碳與相鄰的碳之間等距相連，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列，上下相鄰層的碳六方環(huán)通過(guò)平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu)，位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內(nèi)的碳之間的距離大得多（層內(nèi)C-C間距=0.142nm，層間C-C間距=0.340nm）
形態(tài)：?jiǎn)尉w常呈片狀或板狀，但完整的很少見(jiàn)。集合體通常為鱗片狀，塊狀和土狀
顏色：鐵黑色
條痕：光亮黑色
透明度：不透明
光澤：呈半金屬光澤
硬度：1-2
解理和斷口：平行解理極完全
比重：2.21-2.26g/cm3
比表面積：5-10m2/g
其他性質(zhì)：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導(dǎo)電性
鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手；如果將硫酸銅溶液潤(rùn)濕的鋅粒放在石墨上，則可析出金屬銅的斑點(diǎn)，在與石墨相似的輝鉬礦上則無(wú)此反應(yīng)。
石墨熔點(diǎn)
金剛石的熔點(diǎn)是3823K,石墨的熔點(diǎn)是3773K。石墨熔點(diǎn)低于金剛石。
比較石墨和金剛石的熔點(diǎn)不能單純地從鍵能的方面予以考慮，如果忽視掉熔化時(shí)斷裂鍵的個(gè)數(shù)，那么得到的數(shù)據(jù)也不可取。
傳統(tǒng)用途
1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來(lái)制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑，冶金爐的內(nèi)襯。
2．作導(dǎo)電材料：在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。
3．作耐磨潤(rùn)滑材料：石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。
4．石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門(mén)，可節(jié)省大量的金屬材料。
不透性石墨的品種因所含樹(shù)脂不同，耐蝕性也有差異。如酚醛樹(shù)脂浸漬者耐酸，但不耐堿；糠醇樹(shù)脂浸漬者既耐酸，又耐堿。不同品種的耐熱性也有差異：碳和石墨在還原性氣氛中可耐2000~3000℃，在氧化氣氛中分別在350℃和400℃開(kāi)始氧化；不透性石墨品種隨浸漬劑而異，一般由酚醛或糠醇浸漬者耐熱在180℃以下。
5．作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料：由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。
6、用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè)PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。
7．石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5 克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。
8．石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過(guò)特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門(mén)。
9．電極：石墨何以能取代銅做為電極？
20世紀(jì)60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90%，石墨僅有10%左右；21世紀(jì)，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過(guò)90%以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)勢(shì)幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢(shì)
。
（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍
材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢(shì)明顯；銅的軟化點(diǎn)在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。
（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有效降低機(jī)床（EDM）的負(fù)擔(dān)；更適合于在大型模具上的應(yīng)用。
（3）放電消耗更??；由于火花油中也含有C原子，在放電加工時(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來(lái)，轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗。
（4）沒(méi)有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒(méi)有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
（5）石墨更容易研磨和拋光；由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進(jìn)行手工的研磨和拋光。
（6）材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定；由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價(jià)格比銅的價(jià)格低30%～60%，并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動(dòng)非常小。正是這種無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。
新用途
石墨新用途：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開(kāi)發(fā)了許多新用途。
柔性石墨制品。柔性石墨又稱(chēng)膨脹石墨，是年代開(kāi)發(fā)的一種新的石墨制品。
年美國(guó)研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門(mén)泄漏問(wèn)題，隨后德、日、法也開(kāi)始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)需求量逐年增長(zhǎng)。
輕工業(yè)應(yīng)用此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它做為汽車(chē)電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。
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