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石墨的比表面测试
点击次数：1334 发布时间：2013/8/14 15:54:06
石墨介绍、物理性能（比表面积和真密度）、分类及应用
英文名称：graphite
分子式：C
分子量：12.01
CAS 登录号：7782-42-5
EINECS 登录号：231-955-3
石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40人，同一网层中碳原子的间距为1．42A。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体.
山东省莱西市为我国石墨重要产地,石墨探明储量687.11万吨，现保有储量639.93万吨.
石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1．9～2．3。比表面积范围集中在1-20m2/g（全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试），在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是*耐温的矿物。
自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。
石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。工业上，根据结晶形态不同，将天然石墨分为三类。
1．致密结晶状石墨
致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g（全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试），晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60～65％，有时达80～98％，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。石墨的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。国内几家生产比表面积测定仪厂商中，只有北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法）。
2．鳞片石墨
石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之间。是自然界中可浮性的矿石，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值。
3．隐晶质石墨
隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g（全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试），是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。
石墨在工业上运用极广，几乎每个行业都会用到。工业上多用的是人造石墨，也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种。
1、等静压石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等静压。
2、模压石墨
3、挤压石墨，多为电极材料。
其中按石墨的颗粒度分，也可分为：细节构石墨、中粗石墨（一般的颗粒度在0.8mm左右）、还有就是电极石墨（2-4mm）。
石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：
1） 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。
2） 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷.
3） 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。
4） 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
5） 可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。
6） 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。
名字来源：源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A. G. Werner 于1789命名；
化学组成：成分纯净者极少，往往含各种杂质；
类别：自然元素-非金属元素-碳族
晶系和空间群：六方晶系，P63/mmm；
晶胞参数:a0=0.246nm，c0=0.670nm；
形态：单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。集合体通常为鳞片状，块状和土状；
颜色：铁黑色；
条痕：光亮黑色
透明度：不透明
光泽：呈半金属光泽
硬度：1-2
解理和断口：平行解理极完全；
比重：2.21-2.26g/cm3
比表面积：5-10m2/g（全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试），
其他性质：薄片具挠性，有滑感，易污手，具有良好的导电性；
鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手；
成因和产状：石墨是在高温下形成。分布*广是石墨的变质矿床，系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成；
主要用途：石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯；广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料、军事工业火工材料安定剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。鳞片石墨经过深加工，又可生产出石墨乳、石墨密封材料与复合材料、石墨制品、石墨减磨添加剂等技术产品，成为各个工业部门的重要非金属矿物原料
石墨新用途：
随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。
柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是年代开发的一种新的石墨制品。
年美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也
开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。
因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。市场需求
量逐年增长。
著名产地：纽约Ticonderoga，马达加斯加和Ceylon，我国以黑龙江鸡西市柳毛为的产地。
石墨粉里“飞”出金刚石
提起钻石，人们就会联想到光彩夺目、闪烁耀眼的情景，它随着拥有者的活动而光芒四射。但因它的昂贵价格，大多数人只能望而却步。尽管如此，人们对钻石还是很向往的。你知道钻石是什么吗？它的化学成分是碳（C），天然的钻石是由金刚石经过琢磨后才能称之谓“钻石”。天然的钻石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉（１克=５克拉）的钻石只有２粒，400克拉以上的钻石只有多粒，我国迄今为止发现的的金刚石重158.786克拉，这就是“常林钻石”。物以稀为贵，正因为可做“钻石“用的天然金刚石很罕见，人们就想“人造“金刚石来代替它，这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟－－石墨了。
金刚石和石墨的化学成分都是碳（C），称“同素异形体”。从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”，但“形”或“性”却不同，且有天壤之别，金刚石是目前*硬的物质，而石墨却是*软的物质。
石墨和金刚石的硬度差别如此之大，但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石，因为自然界中石墨（碳）藏量是很丰富的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳，不是那么容易的。石墨在5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石。
目前世界上已有十几个国家（包括我国）均合成出了金刚石。但这种金刚石因为颗粒很细，主要用途是做磨料，用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当前，世界金刚石的消费中，80%的人造金刚石主要是用于工业，它的产量也远远超过天然金刚石的产量。
*初合成的金刚石颗粒呈黑色，0.5mm大小，重约0.1克拉（用于宝石的金刚石一般*小不能小于0.1克拉）。现在我国研制的大颗粒金刚石达3mm以上，美国、日本等已制成6.1克拉多的金刚石。我们说金刚石已从石墨中“飞”出，宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场。
石墨何以能取代铜？
20世纪60年代，铜作为电极材料被广泛应用，使用率约占90％，石墨仅有10％左右；21世纪，越来越多的用户开始选择石墨作为电极材料，在欧洲，超过90％以上的电极材料是石墨。铜，这种曾经占统治地位的电极材料，和石墨电极相比它的优势几乎消失殆尽。是什么导致了这个戏剧性的变化？当然是石墨电极的诸多优势。
（1）加工速度更快：通常情况下，石墨的机械加工速度能比铜快2~5倍；而放电加工速度比铜快2~3倍；
材料更不容易变形：在薄筋电极的加工上优势明显；铜的软化点在1000度左右，容易因受热而产生变形；石墨的升华温度为3650度；热膨胀系数仅有铜的1/30。
（2）重量更轻：石墨的密度只有铜的1/5，大型电极进行放电加工时，能有效降低机床（EDM）的负担；更适合于在大型模具上的应用。
（3）放电消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗。
（4）没有毛刺；铜电极在加工完成后，还需手工进行修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现自动化生产；
（5）石墨更容易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光；
（6）材料成本更低，价格更稳定；由于近几年铜价上涨，如今各向同性石墨的价格比铜更低，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30％～60％，并且价格更稳定，短期价格波动非常小。
正是这种无可比拟的优势，石墨逐渐取代铜成为EDM电极的材料
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原创作者：北京金埃谱科技有限公司
