行業動態

石墨的特殊性質及用途有哪些

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石墨是碳的一種同素異形體,為灰黑色、不透明固體,化學性質穩定,耐腐蝕,同酸、堿等藥劑不易發生反應。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,可被強氧化劑如濃硫酸、高錳酸鉀等氧化??捎米骺鼓?、潤滑劑,高純度石墨用作原子反應堆中的中子減速劑,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。目前石墨已經在各個領域當中“發光發熱”,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耐火材料,包括耐火磚,坩堝,連續鑄造粉,鑄模芯,鑄模洗滌劑和耐高材料。近 20 年來,耐火材料工業中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內襯中被廣泛應用,以及鋁碳磚在連續鑄造中的應用。使石墨耐火材料與煉鋼業緊密相連,全世界煉鋼業約消耗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。目前在世界范圍內鎂碳磚已大量用于煉鋼,并已成為石墨的一種傳統用途。80 年代初,鎂碳磚開始用于氧氣頂吹轉爐的爐襯。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鑄造、扁鋼坯自位輸管道的保護罩,水下噴管以及油井爆破筒等。在日本用連續鑄造生產的鋼占總生產量的90%以上,英國為60%。


(3)坩鍋及有關制品用石墨制造的成型和耐火的坩鍋及其有關制品,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定,高下良好的熱震穩定性和優良的熱傳導性,所以石墨坩鍋及其有關制品被廣泛用于直接熔融金屬的工藝中。


傳統的石墨粘土坩鍋用含碳量大于85 %的鱗片石墨制造,通常石墨鱗片應大于100目(BSS 篩),而目前國外在坩堝生產技術中的重要改進是,所用石墨的類型、鱗片大小和質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的粘土石墨坩鍋,這是隨著煉鋼工業中恒壓技術的引進而產生的。采用恒壓技術還可以使小鱗片石墨得到應用,在粘土石墨坩鍋中,含碳量達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

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


3.作導電材料

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


電氣工業中所使用的石墨,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,品位90%-99%以上,有害雜質(主要是金屬鐵)要求在10%以下。電視機顯像管所用的石墨,粒度要求在0.5mm以下。


4.作耐磨和潤滑材料

石墨在機械工業中常作潤滑劑。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。許多輸送腐蝕介質的設備,廣泛采用石墨材料制成活塞環、密封圈和軸承,它們運轉時,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穩定性。經過特殊加工的石墨,具有耐腐蝕、導熱性好、滲透率低等特點,而廣泛用于制作熱交換器、反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵等設備。這些設備用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業部門,可節省大量的金屬材料。


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,不經加工或稍作加工就可使用,因而節省了大量金屬。生產硬質合金等粉末冶金工藝,通常用石墨材料制成壓模和燒結用的舟皿。單晶硅的晶體生長坩堝、區域精煉容器、支架、夾具、感應加熱器等,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.用于原子能工業和國防工業

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堆中,鈾一石墨反應堆是目前應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點、穩定、耐腐蝕的性能,石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高,雜質含量不應超過幾十個PPm(PPm為百萬分之一),特別是其中硼的含量應小于0.4PPm。在國防工業中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴,導彈的鼻錐,字宙航行設備的零件,隔熱材料和防射線材料。


8.作防垢防銹材料

石墨能防止鍋爐結垢,有關單位試驗表明,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

隨著科學技術的不斷發展,人們對石墨也開發了許多新用途,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。這種產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。廣泛應用于石油化工、原子能等工業領域。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而成。這些自動襯主要可用于高速設備,如飛機、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%。該領域石墨消耗量取決于汽車工業的發展狀況。


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