天然石墨和人造石墨的區別與聯系

      （中國粉體技術網/文龍）石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)可(ke)分(fen)為天(tian)然石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)與(yu)人造石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)，二者結(jie)構(gou)相近，物理化學性質相似，但(dan)用途(tu)卻有著較大差別(bie)。眾多研究中，某(mou)些研究者沒(mei)有注意(yi)到(dao)兩(liang)者的(de)區(qu)別(bie)而籠(long)統地稱之為石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)。這(zhe)種將二者混為一談(tan)的(de)結(jie)果造成(cheng)(cheng)了很多的(de)誤導，甚至是決策的(de)錯(cuo)誤，帶來很大的(de)資(zi)源浪費和經濟損失。本文就從天(tian)然石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)與(yu)人造石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)結(jie)構(gou)組成(cheng)(cheng)、性能的(de)角度(du)出(chu)發，談(tan)談(tan)兩(liang)者的(de)特點與(yu)區(qu)別(bie)，以及重(zhong)要(yao)聯系(xi)與(yu)應用進展。

1. 石(shi)墨分類與(yu)特點(dian)：

1.1 天然石墨

      天(tian)然(ran)(ran)石(shi)墨(mo)是(shi)富碳有(you)機(ji)物(wu)在(zai)高溫高壓地(di)質環境長期作用(yong)下(xia)轉變形成的(de)(de)，是(shi)大自然(ran)(ran)的(de)(de)結(jie)晶(jing)。天(tian)然(ran)(ran)石(shi)墨(mo)的(de)(de)工藝(yi)特性(xing)主要(yao)(yao)取決(jue)于它的(de)(de)結(jie)晶(jing)形態(tai)。結(jie)晶(jing)形態(tai)不同的(de)(de)礦(kuang)物(wu)，具有(you)不同的(de)(de)工業價(jia)值和用(yong)途。天(tian)然(ran)(ran)石(shi)墨(mo)的(de)(de)種類較多(duo)，根據結(jie)晶(jing)形態(tai)不同，工業上將天(tian)然(ran)(ran)石(shi)墨(mo)分為(wei)致密(mi)結(jie)晶(jing)狀(zhuang)石(shi)墨(mo)、鱗片(pian)石(shi)墨(mo)和隱晶(jing)質石(shi)墨(mo)三類。我國主要(yao)(yao)有(you)鱗片(pian)石(shi)墨(mo)和隱晶(jing)質石(shi)墨(mo)兩(liang)大類。

1.2 人造石墨

       人造石墨類似于結晶學中的多晶體。人造石墨種類繁多，生產工藝千差萬別。廣義上來說，一切通過有機物炭化再經石墨化高溫處理后得到的石墨材料均可統稱為人造石墨，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含量較低的炭質原料（石油焦、瀝青焦等）為骨料、煤瀝青等為粘結劑，經過配料、混捏、成型、炭化（工業上稱為焙燒）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(qu)別(bie)和聯系

       鑒于以(yi)上天(tian)然石(shi)墨(mo)(mo)為原料(liao)制備(bei)出來的通常是狹(xia)義(yi)的人造石(shi)墨(mo)(mo)，現僅分析和討論天(tian)然石(shi)墨(mo)(mo)與(yu)狹(xia)義(yi)人造石(shi)墨(mo)(mo)的區(qu)別(bie)與(yu)聯系(xi)。

2.1 晶體結構

       天然(ran)石(shi)(shi)墨(mo)：晶(jing)體發(fa)育較為完善，鱗片石(shi)(shi)墨(mo)的石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)(hua)程度(du)更在(zai)98%以上，而天然(ran)微(wei)晶(jing)石(shi)(shi)墨(mo)的石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)(hua)程度(du)通常(chang)在(zai)93%以下。

      人造石(shi)墨(mo)：晶體發(fa)育(yu)程(cheng)(cheng)度(du)取決于(yu)原材料及熱處(chu)理溫(wen)度(du)。一般來說，熱處(chu)理溫(wen)度(du)越高，其石(shi)墨(mo)化(hua)程(cheng)(cheng)度(du)也就越高。目前(qian)工業(ye)生產的人造石(shi)墨(mo)，其石(shi)墨(mo)化(hua)程(cheng)(cheng)度(du)通常低于(yu)90%。

2.2 組織(zhi)結(jie)構

      天(tian)(tian)然鱗片石墨：是一種單(dan)晶(jing)(jing)，組織(zhi)結(jie)構較簡單(dan)，僅(jin)存(cun)在結(jie)晶(jing)(jing)學上的缺(que)(que)陷（如點缺(que)(que)陷、位錯、層錯等），宏觀上表(biao)現(xian)(xian)出(chu)各(ge)向異(yi)性的特征。天(tian)(tian)然微晶(jing)(jing)石墨的晶(jing)(jing)粒較小，晶(jing)(jing)粒之(zhi)間(jian)雜(za)亂排列且存(cun)在雜(za)質脫(tuo)除后的孔洞，宏觀上表(biao)現(xian)(xian)出(chu)各(ge)向同性。

       人(ren)造石墨：可看作是一種多相(xiang)材料，包括(kuo)石油(you)焦或(huo)瀝(li)青焦等(deng)炭質(zhi)顆(ke)粒轉化的(de)石墨相(xiang)、包覆在顆(ke)粒周圍的(de)煤瀝(li)青粘(zhan)(zhan)結劑轉化的(de)石墨相(xiang)、顆(ke)粒堆積或(huo)煤瀝(li)青粘(zhan)(zhan)結劑經(jing)熱處理后形成(cheng)的(de)氣孔等(deng)。

2.3 物理形態

       天然(ran)石墨：通常以粉體形(xing)態存在，可單獨使用，但(dan)通常與其它材料復合后使用。

      人造(zao)石(shi)墨：形態較(jiao)多(duo)，既有粉狀(zhuang)，也有纖維(wei)狀(zhuang)和塊狀(zhuang)，而狹義的人造(zao)石(shi)墨通常為塊狀(zhuang)，使用時需要加(jia)工(gong)成一定(ding)形狀(zhuang)。

2.4 理化(hua)性(xing)質

       在理化性質方面，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電性能好、天然微晶石墨次之，人造石墨低。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育較完善，摩擦系數較小，潤滑性好，可塑性高，而致密結晶狀石墨和隱晶質石墨次之，人造石墨較差。

3. 天然石(shi)墨(mo)(mo)與人造石(shi)墨(mo)(mo)的(de)應用領域

       石(shi)墨具有(you)許多優良的性質，因而在冶(ye)金、機械、電氣、化工(gong)、紡(fang)織(zhi)、國防(fang)等(deng)工(gong)業部門(men)獲得廣泛(fan)應(ying)用(yong)。天然石(shi)墨與人(ren)造石(shi)墨的應(ying)用(yong)領域既有(you)相互(hu)重疊(die)的部分，也有(you)不相同的地方。

3.1 冶金(jin)工業

       在冶(ye)金工業中(zhong)，天然鱗片(pian)石(shi)墨(mo)因(yin)抗氧(yang)化性較好可用(yong)于(yu)生(sheng)產鎂碳(tan)磚(zhuan)和鋁碳(tan)磚(zhuan)等耐火材料。人造(zao)石(shi)墨(mo)可以作(zuo)為(wei)煉鋼電(dian)極，而天然石(shi)墨(mo)制成(cheng)的(de)電(dian)極就(jiu)難以用(yong)于(yu)使(shi)用(yong)條件較苛刻的(de)煉鋼電(dian)爐(lu)。

3.2 機(ji)械工(gong)業

       在機械工業中，石(shi)墨(mo)(mo)材(cai)料通常用(yong)(yong)作(zuo)(zuo)耐磨(mo)和潤滑材(cai)料。天然鱗片石(shi)墨(mo)(mo)的潤滑性較好，常用(yong)(yong)作(zuo)(zuo)潤滑油(you)的添(tian)加劑(ji)。輸送腐蝕介質的設備，廣泛采(cai)用(yong)(yong)人造石(shi)墨(mo)(mo)制(zhi)成的活(huo)塞環、密封(feng)圈(quan)和軸(zhou)承，工作(zuo)(zuo)時無需加入潤滑油(you)。天然石(shi)墨(mo)(mo)與高分(fen)子樹(shu)脂復合材(cai)料也(ye)可用(yong)(yong)于上述領域(yu)，但耐磨(mo)性不如人造石(shi)墨(mo)(mo)。

3.3 化學工業(ye)

       人造(zao)石墨具有耐腐蝕、導(dao)熱性好、滲透(tou)率低等特點，在(zai)化學工業中廣泛用于制作熱交換器、反(fan)應(ying)槽、吸收塔、過濾器等設(she)備。天然石墨與(yu)高分子(zi)樹脂復合材(cai)料也可用于上述(shu)領域，但導(dao)熱性、耐腐蝕性不(bu)如人造(zao)石墨。