天然石墨與人造石墨的區(qū)別和關(guān)系

天然石墨與人造石墨的區(qū)別和關(guān)系
石墨可分為天然石墨與人造石墨，二者結(jié)構(gòu)相近，物理化學(xué)性質(zhì)相似，但用途卻有著較大差別。眾多研究中，某些研究者沒有注意到兩者的區(qū)別而籠統(tǒng)地稱之為石墨。這種將二者混為一談的結(jié)果造成了很多的誤導(dǎo)，甚至是決策的錯(cuò)誤，帶來很大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。本文就從天然石墨與人造石墨結(jié)構(gòu)組成、性能的角度出發(fā)，談?wù)剝烧叩奶攸c(diǎn)與區(qū)別，以及重要聯(lián)系與應(yīng)用進(jìn)展。

1石墨分類與特點(diǎn)

1.1 天然石墨

天然石墨是富碳有機(jī)物在高溫高壓地質(zhì)環(huán)境長期作用下轉(zhuǎn)變形成的，是大自然的結(jié)晶。天然石墨的工藝特性主要取決于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的礦物，具有不同的工業(yè)價(jià)值和用途。天然石墨的種類較多，根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同，工業(yè)上將天然石墨分為致密結(jié)晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨三類。我國主要有鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨兩大類。

1.2 人造石墨

人造石墨類似于結(jié)晶學(xué)中的多晶體。人造石墨種類繁多，生產(chǎn)工藝千差萬別。廣義上來說，一切通過有機(jī)物炭化再經(jīng)石墨化高溫處理后得到的石墨材料均可統(tǒng)稱為人造石墨，如炭（石墨）纖維、熱解炭（石墨）、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常是指以雜質(zhì)含量較低的炭質(zhì)原料（石油焦、瀝青焦等）為骨料、煤瀝青等為粘結(jié)劑，經(jīng)過配料、混捏、成型、炭化（工業(yè)上稱為焙燒）和石墨化等工序制得的塊狀固體材料，如石墨電極、熱等靜壓石墨等。

2天然石墨與人造石墨的區(qū)別和聯(lián)系

鑒于以上天然石墨為原料制備出來的通常是狹義的人造石墨，現(xiàn)僅分析和討論天然石墨與狹義人造石墨的區(qū)別與聯(lián)系。

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

天然石墨：晶體發(fā)育較為完善，鱗片石墨的石墨化程度更在98%以上，而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。

人造石墨：晶體發(fā)育程度取決于原材料及熱處理溫度。一般來說，熱處理溫度越高，其石墨化程度也就越高。目前工業(yè)生產(chǎn)的人造石墨，其石墨化程度通常低于90%。

2.2 組織結(jié)構(gòu)

天然鱗片石墨：是一種單晶，組織結(jié)構(gòu)較簡單，僅存在結(jié)晶學(xué)上的缺陷（如點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、層錯(cuò)等），宏觀上表現(xiàn)出各向異性的特征。天然微晶石墨的晶粒較小，晶粒之間雜亂排列且存在雜質(zhì)脫除后的孔洞，宏觀上表現(xiàn)出各向同性。

人造石墨：可看作是一種多相材料，包括石油焦或?yàn)r青焦等炭質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)化的石墨相、包覆在顆粒周圍的煤瀝青粘結(jié)劑轉(zhuǎn)化的石墨相、顆粒堆積或煤瀝青粘結(jié)劑經(jīng)熱處理后形成的氣孔等。

2.3 物理形態(tài)

天然石墨：通常以粉體形態(tài)存在，可單獨(dú)使用，但通常與其它材料復(fù)合后使用。

人造石墨：形態(tài)較多，既有粉狀，也有纖維狀和塊狀，而狹義的人造石墨通常為塊狀，使用時(shí)需要加工成一定形狀。

2.4 理化性質(zhì)

在理化性質(zhì)方面，天然石墨與人造石墨既有共性，也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導(dǎo)體，但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說，天然鱗片石墨的傳熱性能和導(dǎo)電性能最好、天然微晶石墨次之，人造石墨最低。石墨具有的較好的潤滑性和一定的可塑性，天然鱗片石墨的晶體發(fā)育較完善，摩擦系數(shù)較小，潤滑性最好，可塑性最高，而致密結(jié)晶狀石墨和隱晶質(zhì)石墨次之，人造石墨較差。

3天然石墨與人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域

石墨具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，因而在冶金、機(jī)械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。天然石墨與人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域既有相互重疊的部分，也有不相同的地方。

3.1 冶金工業(yè)

在冶金工業(yè)中，天然鱗片石墨因抗氧化性較好可用于生產(chǎn)鎂碳磚和鋁碳磚等耐火材料。人造石墨可以作為煉鋼電極，而天然石墨制成的電極就難以用于使用條件較苛刻的煉鋼電爐。

3.2 機(jī)械工業(yè)

在機(jī)械工業(yè)中，石墨材料通常用作耐磨和潤滑材料。天然鱗片石墨的潤滑性較好，常用作潤滑油的添加劑。輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用人造石墨制成的活塞環(huán)、密封圈和軸承，工作時(shí)無需加入潤滑油。天然石墨與高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域，但耐磨性不如人造石墨。

3.3 化學(xué)工業(yè)

人造石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點(diǎn)，在化學(xué)工業(yè)中廣泛用于制作熱交換器、反應(yīng)槽、吸收塔、過濾器等設(shè)備。天然石墨與高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域，但導(dǎo)熱性、耐腐蝕性不如人造石墨。

4結(jié)語

隨著研究技術(shù)的不斷發(fā)展，人造石墨應(yīng)用前景不可估量。就目前來看，以天然石墨為原料開發(fā)人造石墨制品不失為拓展天然石墨應(yīng)用領(lǐng)域的重要途徑之一。天然石墨作為輔助原料早已用于部分人造石墨生產(chǎn)，但以天然石墨為主要原料開發(fā)人造石墨制品則研究不夠。充分認(rèn)識(shí)和利用天然石墨的結(jié)構(gòu)與特性，采用合適的工藝、路線和方法，生產(chǎn)具有特殊結(jié)構(gòu)、性能和用途的人造石墨制品，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方式。

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