一、主要性質:
石墨(Graphite)的化學成分為碳(C),質軟,有滑膩感。石墨具有比重小、耐高溫、自潤滑、高導電導熱、強耐磨、強穩定性、抗熱震及良好的可塑性等特點。
化學成分 | 密度(g/cm) | 莫氏硬度 | 形狀 | 晶系 | 顏色 | 光澤 | 條痕 |
C | 2.1-2.3 | 1-2 | 六角板狀、鱗片狀 | 六方 | 鐵灰、鋼灰 | 金屬光澤 | 光亮、黑色 |
石墨在冶金、機械、石油、化工、核工業、國防等領域有著很廣泛的套用。
1、耐火材料:在冶金工業上用石墨制坩堝,冶煉有色,特種鋼等貴重金屬,作煉鋼爐內襯鎂碳磚;另外還作煉鋼澆注鋼錠保溫劑、保護渣和鋼包覆蓋劑。
2、導電材料:在電器工業上石墨可作電極、電刷、電棒、碳管以及顯像管和真空管塗料。
3、耐磨材料和潤滑劑:在機械行業上可作耐磨和潤滑材料,如石墨可在-200-2000℃溫度範圍以內,以100m/s的速度滑動,可不用潤滑油。石墨潤滑劑有油劑、水劑、粉劑膠體石墨,石墨潤滑脂,石墨盤根等。
4、密封材料:用柔性或膨脹石墨作離心軸、水輪機、氣輪機和輸送腐蝕介質設備的活塞環墊圈、密封圈、汽車的汽缸墊等。
5、耐腐蝕材料:石墨可製作器皿、管道和設備,如熱交換器、反應槽、酸洗槽等,因其可耐各種氣體、液體腐蝕,廣泛用於石油、化工、濕法冶金等部門。
6、隔熱、耐高溫、防輻射材料:核反應堆中中子減速劑和防原子輻射的外殼及火箭的噴嘴、飛彈的鼻錐、宇航設備零件、隔熱材料、防射線材料等。
7、制動減摩材料:機動車輛的剎車片中,使用石墨作為減摩劑,起到保護對偶,降低噪音的作用。
8、其它方面,鑄模塗料,鉛筆,電池,電極,導致輸電線路短路的石墨炸彈,防射線材料等。
特殊性質
1)耐高溫性:石墨的熔點為3850±50℃,沸點為4250℃,即使經超高溫電弧灼燒,重量的損失很小,熱膨脹係數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強,在2000℃時,石墨強度提高一倍。2)導電、導熱性:石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱係數隨溫度升高而降低,甚至在極高的溫度下,石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。
3)潤滑性:石墨的潤滑性能取決於石墨鱗片的大小,鱗片越大,摩擦係數越小,潤滑性能越好。
4)化學穩定性:石墨在常溫下有良好的化學穩定性,能耐酸、耐鹼和耐有機溶劑的腐蝕。
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能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞,溫度突變時,石墨的體積變化不大,不會產生裂紋。
石墨
石墨
名字來源:源於希臘文“graphein”,意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A.G.Werner於1789命名
化學組成:成分純淨者極少,往往含各種雜質
類別:自然元素-非金屬元素-碳族
晶體特徵
晶系和空間群:六方晶系,P63/mmm
晶胞參數:a0=0.246nm,c0=0.670nm
典型的層狀結構,碳原子成層排列,每個碳與相鄰的碳之間等距相連,每一層中的碳按六方環狀排列,上下相鄰層的碳六方環通過平行網面方向相互位移後再疊置形成層狀結構,位移的方位和距離不同就導致不同的多型結構。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內的碳之間的距離大得多(層內C-C間距=0.142nm,層間C-C間距=0.340nm)
形態:單晶體常呈片狀或板狀,但完整的很少見。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:薄片具撓性,有滑感,易污手,具有良好的導電性
鑑定特徵鐵黑色,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濕的鋅粒放在石墨上,則可析出金屬銅的斑點,在與石墨相似的輝鉬礦上則無此反應。[3]
石墨與金剛石
提起鑽石,人們就會聯想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景,它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴价格,大多數人只能望而卻步。儘管如此,人們對鑽石還是很嚮往的。你知道鑽石是什麼嗎?它的化學成分是碳(C),天然的鑽石是由金剛石經過琢磨後才能稱之謂“鑽石”。天然的鑽石是非常稀少的,世界上重量大於1000克拉(1克=5克拉)的鑽石只有2粒,400克拉以上的鑽石只有多粒,我國迄今為止發現的最大的金剛石重158.786克拉,這就是“常林鑽石”。物以稀為貴,正因為可做“鑽石“用的天然金剛石很罕見,人們就想“人造“金剛石來代替它,這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。
金剛石和石墨的化學成分都是碳(C),稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質”,但“形”或“性”卻不同,且有天壤之別,金剛石是目前最硬的物質,而石墨卻是最軟的物質之一。
石墨和金剛石的硬度差別如此之大,但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石,因為自然界中石墨(碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳,不是那么容易的。石墨在5-6萬大氣壓((5-6)×103MPa)及攝氏1000至2000度高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,可使石墨轉變成金剛石粉末。
目前世界上已有十幾個國家(包括我國)均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細,主要用途是做磨料,用於切削和地質、石油的鑽井用的鑽頭。當前,世界金剛石的消費中,80%的人造金剛石主要是用於工業,它的產量也遠遠超過天然金剛石的產量。
最初合成的金剛石顆粒呈黑色,0.5mm大小,重約0.1克拉(用於寶石的金剛石一般最小不能小於0.1克拉)。美國、日本等已製成6.1克拉多的金剛石,現在我國人造金剛石企業黃河鏇風公司實驗室生成的大顆粒金剛石達8mm左右,代表了我國在該領域研究前沿。我們說金剛石已從石墨中“飛”出,寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應於市場。