石墨的特殊性質(zhì)及用途有哪些

石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，同酸、堿等藥劑不易發(fā)生反應(yīng)。天然石墨來自石墨礦藏，也可以以石油焦、瀝青焦等為原料，經(jīng)過一系列工序處理而制成人造石墨。石墨在氧氣中燃燒生成二氧化碳，可被強(qiáng)氧化劑如濃硫酸、高錳酸鉀等氧化?？捎米骺鼓櫥瑒?，高純度石墨用作原子反應(yīng)堆中的中子減速劑，還可用于制造坩堝、電極、電刷、#秋天生活圖鑒#干電池、石墨纖維、換熱器、冷卻器、電弧爐、弧光燈、鉛筆的筆芯等。目前石墨已經(jīng)在各個領(lǐng)域當(dāng)中“發(fā)光發(fā)熱”，其主要涉及有以下方面：

1.作耐火材料

石墨的一個主要用途是生產(chǎn)耐火材料，包括耐火磚，坩堝，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯，鑄模洗滌劑和耐高材料。近 20 年來，耐火材料工業(yè)中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用。使石墨耐火材料與煉鋼業(yè)緊密相連，全世界煉鋼業(yè)約消耗70%的耐火材料。

（1）鎂碳磚鎂碳耐火材料是60年代中期，由美國研制成功，70年代，日本煉鋼業(yè)開始把鎂碳磚用于水冷卻電弧爐煉鋼中。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。80 年代初，鎂碳磚開始用于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐襯。目前英國爐襯用作氧氣頂吹煉鋼爐襯的材料大部分是鎂碳磚，爐襯壽命為1000次一1500次，而日本，爐襯的壽命為2000次一2500次。

（2）鋁碳磚鋁碳耐火材料主要用于連續(xù)鑄造、扁鋼坯自位輸管道的保護(hù)罩，水下噴管以及油井爆破筒等。在日本用連續(xù)鑄造生產(chǎn)的鋼占總生產(chǎn)量的90%以上，英國為60%。

（3）坩鍋及有關(guān)制品用石墨制造的成型和耐火的坩鍋及其有關(guān)制品，例如坩鍋、曲頸瓶、塞頭和噴嘴等，具有高耐火性，低的熱膨脹性，熔煉金屬過程中，受到金屬浸潤和沖刷時亦穩(wěn)定，高下良好的熱震穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，所以石墨坩鍋及其有關(guān)制品被廣泛用于直接熔融金屬的工藝中。

傳統(tǒng)的石墨粘土坩鍋用含碳量大于85 %的鱗片石墨制造，通常石墨鱗片應(yīng)大于100目（BSS 篩），而目前國外在坩堝生產(chǎn)技術(shù)中的重要改進(jìn)是，所用石墨的類型、鱗片大小和質(zhì)量有了更大的靈活性；其次是用碳化硅石墨坩堝替代了傳統(tǒng)的粘土石墨坩鍋，這是隨著煉鋼工業(yè)中恒壓技術(shù)的引進(jìn)而產(chǎn)生的。采用恒壓技術(shù)還可以使小鱗片石墨得到應(yīng)用，在粘土石墨坩鍋中，含碳量達(dá)90%的大鱗片石墨約占45%，而在碳化硅石墨坩鍋中，大鱗片成分的含量僅占30%，石墨的含碳量降為80%。

2.煉鋼

石墨和其他雜質(zhì)材料用于煉鋼工業(yè)時可作為增碳劑。滲碳使用的碳質(zhì)材料的范圍，很廣，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范圍內(nèi)煉鋼增碳劑用石墨仍是土狀石墨的主要用途之一。

3.作導(dǎo)電材料

石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件、電視機(jī)顯像管的涂層等等。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強(qiáng)大的電流通過電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到2000 ℃左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時，電解槽的陽極也用石墨電極。生產(chǎn)金剛砂的電阻爐也用石墨電極作爐頭導(dǎo)電材料。

電氣工業(yè)中所使用的石墨，對粒度和品位要求很高。如堿性蓄電池和一些特殊的電碳制品，要求石墨粒度控制在150 目~325目（0.1mm 一0.042mm ）范圍內(nèi)，品位90%-99%以上，有害雜質(zhì)（主要是金屬鐵）要求在10%以下。電視機(jī)顯像管所用的石墨，粒度要求在0.5mm以下。

4.作耐磨和潤滑材料

石墨在機(jī)械工業(yè)中常作潤滑劑。潤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℃度并在很高的滑動速度下（100m/s）不用潤滑油工作。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環(huán)、密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時，勿需加入潤滑油，石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時的良好的潤滑劑。

5.作耐腐蝕材料

石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點(diǎn)，而廣泛用于制作熱交換器、反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵等設(shè)備。這些設(shè)備用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。

6.作鑄造、翻砂、壓模及高冶金材料

由于石墨的膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器皿的鑄模，使用石墨后，黑色金屬得到的鑄件尺寸精確，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)用的舟皿。單晶硅的晶體生長坩堝、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，石墨還可以作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高電阻爐爐管、棒、板、格棚等元件。

7.用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)

石墨具有良好的中子減速性能，最早作為減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動力用的原子能反應(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)超過幾十個PPm（PPm為百萬分之一），特別是其中硼的含量應(yīng)小于0.4PPm。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，字宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。

8.作防垢防銹材料

石墨能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗表明，在水中加入一定量的石墨粉（每噸水大約用49 —59），能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐和防銹。

9.石墨新用途

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途，柔性石墨制品。

柔性石墨又稱膨脹石墨，是70年代開發(fā)的一種新的石墨制品。1971年美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄露問題，隨后德、日、法也開始研制生產(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。廣泛應(yīng)用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國際市場需求量逐年增長。

制作半金屬摩擦材料。自70年代以來，離合器和自動襯廣泛使用半金屬摩擦材料。半金屬摩擦材料是將石墨和金屬粉、鋼纖維、陶土粉用合成樹脂粘結(jié)而成。這些自動襯主要可用于高速設(shè)備，如飛機(jī)、卡車以及越野車的制動裝置和離合器片。近幾年來，石棉逐漸被石墨取代，在一些半金屬襯面中，石墨的含量已從1%-2%增加到7%。該領(lǐng)域石墨消耗量取決于汽車工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。