石墨材料的特性及應(yīng)用范圍如何？

      炭素材料是以碳元素為主的無機(jī)非金屬材料，其間炭材料基本上是由非石墨質(zhì)碳組成的材料，而石墨材料則首要是由石墨質(zhì)碳組成的材料，石墨又分為天然石墨和人工石墨兩類。
　　石墨材料首要是由多晶石墨構(gòu)成。石墨是以一種碳原子之間呈六角形平面網(wǎng)格的層狀晶體。盡管石墨歸于無機(jī)非金屬材料，但因它具有良好的熱電傳導(dǎo)性而被稱為半金屬，石墨具有比某些金屬還要高的熱電傳導(dǎo)性，一同具有遠(yuǎn)比金屬低的熱膨脹系數(shù)，很高的化學(xué)穩(wěn)定性，這就使它在工程運用中具有重要的價值。石墨在非氧化性介質(zhì)中是化學(xué)慵懶的，具有很好的耐腐蝕性，除了強酸和強氧化性介質(zhì)外，石墨不受其它酸堿鹽的腐蝕、不與任何有機(jī)化合物應(yīng)。
　　石墨材料又是一種耐高溫材料，在高溫下石墨不會熔化，氣化溫度十分高，只是在常壓下3350 18初步進(jìn)步變成氣體。一般材料在高溫下強度逐漸下降，而石墨在2 500'C以內(nèi)，它的強度隨溫度升高而增加，在2000℃以上，其強度較常溫強度增大一倍，石墨材料還具有優(yōu)異的抗熱震功用，所以石墨材料作為高溫材料有其共同的優(yōu)越性。
　　因為石墨材料具有高溫強度高、導(dǎo)電傳熱、抗熱震性、耐腐蝕性、潤滑性好等利益，它已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可短少的結(jié)構(gòu)材料、高溫材料、導(dǎo)電材料、抗磨材料和功用材料。當(dāng)時，石墨材料已廣泛運用于冶金、化工、電子、電器、機(jī)械以及核能和航空航天工業(yè)等部分，可作電極、電解陽極、鑄模和高溫軸承；原子核反應(yīng)堆中作為中子減速材料和核燃料的表面涂層；在宇航領(lǐng)域，石墨材料可用于人工衛(wèi)星天線、航天飛機(jī)機(jī)殼以及火箭發(fā)電機(jī)噴管喉襯等部件。
　　石墨材料在高溫下發(fā)生的物理化學(xué)變化以及高溫運用特色：
　　石墨材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而是一種耐腐蝕材料。但在必定條件下，碳也會和其他物質(zhì)發(fā)生作用，其首要反應(yīng)有：在高溫下與氧化性氣氛或強氧化性酸中發(fā)生氧化作用；在高溫下熔解于金屬并生成碳化物；生成石墨層間化合物。
　　在常溫下，炭與各種氣體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在350℃左右，無定形炭即有睨顯的氧化反應(yīng)，石墨在450℃左右也初步發(fā)生氧化反應(yīng)。石墨化程度愈高，石墨的晶體結(jié)構(gòu)愈完整，其反應(yīng)活化能大，抗氧化功用好，在800~C以內(nèi)，到達(dá)同一氧化速度的溫度，石墨材料約比炭材料高50～100℃在同一材料內(nèi)，粘結(jié)劑炭有優(yōu)先氧化的傾向，所以氧化反應(yīng)進(jìn)行到必定程度時，骨料顆粒會發(fā)生掉落。在較低的溫度下，如空氣供給充足，炭和石墨材料則首要進(jìn)行如下反應(yīng)：C+O 2—C O 2在較高的溫度下，炭和石墨材料又初步發(fā)生如下反應(yīng)：C+1／ZO 2一C O赤熱的炭和石墨材料與水蒸氣約在700℃左右初步反應(yīng)：C+H 2O—C O+H 2C+2 H 2O—C 0 2+2 H 2赤熱的炭和石墨材料與C O。的氧化反應(yīng)在更高的溫度下才干進(jìn)行：C+C O 2—2 C 0炭與氣體之間反應(yīng)應(yīng)歸于氣固反應(yīng)，氧化反應(yīng)速度與當(dāng)時的反應(yīng)面積大小、材料的氣孔率及氣體壓力等要素有關(guān)，其反應(yīng)速度既取決于表面的化學(xué)反應(yīng)速度，也與氣體分子向材料內(nèi)渙散有關(guān)。若材料的氣孔率高，特別是開氣孔率多時，氣體分子簡單渙散到材料內(nèi)部，參與反應(yīng)的表面積大，氧化速度就快，當(dāng)運用溫度低時，氧化反應(yīng)速度不高，氣體分子有滿足的時間渙散到材料內(nèi)部，這時氧化反應(yīng)速度與材料的氣孔結(jié)構(gòu)及反應(yīng)活性有關(guān)。當(dāng)溫度高于8 00~C時化學(xué)反應(yīng)速率快，而氣體分子向材料氣孔內(nèi)渙散卻因熱運動而減慢，氧化反應(yīng)只在表面進(jìn)行，氧化速率受表面氣流速度所支配與材料品種聯(lián)絡(luò)較小。石墨材料所含雜質(zhì)對氧化反應(yīng)起催化作用，所以高純石墨與普通石墨的氧化性有睨顯。不同。(b)碳化物的生成在高溫下碳熔解于Fe、A1、Mo、Cr、Ni、Ti等金屬和B、si等非金屬中生成碳化物。(c)石墨層間化合物的生成石墨的碳原子在其層面內(nèi)是通過共價鍵牢固地連接在一同的，而在層間則靠較弱的范德華力結(jié)合。因而，在石墨的層間刺進(jìn)各種分子、原子、離子而不損壞其二維晶格，僅使層距離增大，能夠制成一種石墨特有的化合物稱為石墨層間化合物，制造石墨層間化臺物一般選用天然鱗片石墨為質(zhì)料。在石墨層間化合物中已得工業(yè)上廣泛運用的是柔性石墨。柔性石墨不只具有自潤滑性和耐高溫性，還具有柔韌性、可饒性和緊縮回彈性，可作為精煉爐、高溫爐的絕熱材料，并廣泛用作密封材料。為了進(jìn)步柔性石墨的抗氧化性，在柔性石墨中參與硼酸、熱固樹脂、無機(jī)物膠體等粘合劑。由此可見，炭素材料在非氧化性介質(zhì)中集耐熱性、導(dǎo)電性于一體，但在氧化性占優(yōu)勢的環(huán)境中，溫度高于627K就初步發(fā)生氧化反應(yīng)，并且跟著溫度的升高，氧化速度加快，結(jié)構(gòu)因而而遭到腐蝕、損壞、影響其高溫下的運用。所以，石墨材料的抗氧化保護(hù)問題正在遭到廣泛注重。