无机非金属矿物材料 柔性石墨
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常温导电的无机非金属材料
常温下具有导电性的无机非金属材料主要包括一些特殊的陶瓷、金属氧化物和碳材料等。
这些材料在常温下具有较高的导电性能,可以应用于各种电学、磁学、光学和热学等领域。
以下是几类常温导电的无机非金属材料。
1.碳材料:碳材料是一类具有很高导电性的无机非金属材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯等。
这些材料具有优异的导电性能和机械性能,广泛应用于超级电容器、锂离子电池、导电涂料等领域。
2.金属氧化物:一些金属氧化物在常温下具有导电性,如氧化铜、氧化铁、氧化铝等。
这些金属氧化物通常作为导电填料应用于各种复合材料、涂层和导电织物等领域。
3.高温超导材料:高温超导材料是一类在相对较高温度下具有零电阻的导电材料,如YBCO(钇钡铜氧化物)等。
这些材料广泛应用于超导电缆、超导磁浮、超导储能等领域。
4.某些特种陶瓷:某些特种陶瓷,如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等,具有较高的导电性能。
这些陶瓷材料通常应用于高温、高压、强腐蚀等特殊环境下的电学设备。
需要注意的是,虽然这些无机非金属材料在常温下具有导电性,但与金属材料相比,它们的导电性能仍然有所差距。
因此,在实际应用中,通常需要将这些材料与其他材料(如
金属)进行复合,以提高其导电性能和实用价值。
浅述石墨【石墨】碳元素的常见结晶形态,六方晶系,常呈鳞片状,多为铁黑、银灰、钢灰色,质软,有滑腻感,薄片具挠性,层状结构。
比重 2.09-2.23,容重1.5-1.8,溶点±3850℃,沸点4250℃。
天然石墨根据结晶状况,可分为晶质鳞片石墨和隐晶质石黑,我国目前主要生产晶质鳞片石墨。
【石墨的特性】具有优异的耐高低温、抗腐蚀、抗辐射、导电、导热、自润滑等性能。
【石墨的应用】冶金、电子、机械、新能源、新材料、核能、航空航天、军事领域。
【石墨的分类】1、晶质石墨(俗称鳞片石墨),另一类是微晶石墨(俗称土状石墨),两种石墨都是由碳构成。
相较而言,晶质石墨在导电、润滑、耐高温等领域都具有特殊性,优越于微晶石墨;用途比较广泛,使用价值更高,尤其在尖端科学方面是不可替代的非金属材料。
【石墨的采选工艺和技术】晶质石墨开采一般是露天开采,方式分为山坡露天开采(内蒙、山西、黑龙江)和挖陷露天开采[山东平原]。
隐晶质石墨开采是井下开采。
鳞片细鳞片石墨浮选工艺过程是:原矿破碎→湿式粗磨→粗选→粗精矿再磨再选→精选→脱水干燥→分级包装等。
浮选工艺流程采用多段磨矿、多段选别、中矿顺序或集中返回的闭路流程。
多段再磨再选有三种形式:精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨。
鳞片石墨的选矿一般采用精矿再磨再选流程。
【石墨按固定碳含量分类】1、高纯石墨[LC];2、高碳石墨[LG];3、中碳石墨[LZ];低碳石墨[LD]。
高纯石墨[LC] C≥99.9%用于生产柔性石墨、密封材料、润滑剂的基料。
高碳石墨[LG]94.0≥C 99.9%用于生产润滑剂、涂料或填充料。
中碳石墨[LZ] 80.0≥C 94.0%用于生产坩埚、铅笔、电池、耐火材料、铸造材料的原料。
低碳石墨[LD] 50.0≥C 80.0%用于铸造涂料等。
【微晶石墨分类】分为两类,有铁类要求者为一类,用WT表示;无铁要求者为一类,用W表示。
如:WT96-45,表示为有铁要求的含碳量96%,最大粒径为45um的产品。
石墨的用途由于石墨具有许多优良的性能,因而在冶金、机械、电气、化工、纺织、国防等工业部门获得广泛应用。
一、作耐火材料石墨的一个主要用途是生产耐火材料,包括耐火砖,坩埚,连续铸造粉,铸模芯,铸模洗涤剂和耐高温材料。
近年来,耐火材料工业中两个重要的变化是镁碳砖在炼钢炉内衬中被广泛应用,以及铝碳砖在连续铸造中的应用。
使石墨耐火材料与炼钢业紧密相连,全世界炼钢业约消耗的耐火材料。
镁碳砖镁碳耐火材料是年代中期,由美国研制成功,年代,日本炼钢业开始把镁碳砖用于水冷却电弧炉炼中。
目前在世界范围内镁碳砖已大量用于炼钢,并已成为石墨的一种传统用途。
年代初,镁碳砖开始用于氧气顶吹转炉的炉衬。
铝碳砖铝碳耐火材料主要用于连续铸造、扁钢坯自位输管道的堡罩,水下喷管以及油井爆破筒等。
在日本用连续铸造生产的钢占总生产量的以上。
坩埚及有关制品用石墨制造的成型和耐火的坩埚及其有关制品,例如坩埚、曲颈瓶、塞头和喷嘴等,具有高耐火性,低的热膨胀性,熔炼金属过程中,受到金属浸润和冲刷时亦稳定,高温下良好的热震稳定性和优良的传导性,所以石墨坩埚及其有关制品被广泛用于直接熔融金属的工艺中。
传统的石墨粘土坩埚用含碳量大于的鳞片石墨制造,通常石墨鳞片应大于目(-筛),而目前国外在坩埚生产技术中的重要改进是,所用石墨的类型、鳞片大小和质量有了更大的灵活性其次是用碳化硅石墨坩埚替代了传统的粘土石墨坩埚,这是随着炼钢工业中恒压技术的引进而产生的。
二、炼钢石墨和其他杂质材料用于炼钢工业时可作为增碳剂。
渗碳使用的碳质材料的范围很广,包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。
在世界范围内炼钢增碳剂用石墨仍是土状石墨的主要用途之一。
三、作导电材料石墨在电气工业中广泛用来作电极、电刷、碳棒、碳管、水银整流器的正极、石墨垫圈、电话零件、电视机显像管的涂层等等。
其中以石墨电极应用最广,在冶炼各种合金钢、铁合金时,使用石墨电极,这时强大的电流通过电极导入电炉的熔炼区,产生电弧,使电能转化为热能,温度升高到左右,从而达到熔炼或反应的目的。
新型无机非金属材料新型无机非金属材料是指一类不含金属元素的材料,通常由非金属元素或化合物组成。
这些材料具有独特的物理和化学性质,广泛应用于电子、光电、能源、环境保护等领域。
本文将介绍几种常见的新型无机非金属材料及其应用。
1. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子以特定的结构排列而成的纳米级管状结构材料。
它具有极高的强度和导电性能,被广泛应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
碳纳米管还具有良好的导热性能,可用于制备高性能的导热材料。
2. 石墨烯石墨烯是一种由碳原子以二维晶格排列而成的材料,具有极高的导电性和导热性,同时具有优异的机械性能。
石墨烯被广泛应用于电子器件、柔性显示器、传感器等领域,同时也被用于制备高强度的复合材料。
3. 二氧化硅纳米颗粒二氧化硅纳米颗粒是一种由二氧化硅组成的纳米级颗粒材料,具有较大的比表面积和优异的光学性能。
它被广泛应用于光学涂料、生物传感器、纳米药物载体等领域,同时也被用于制备高性能的隔热材料。
4. 氧化锌纳米颗粒氧化锌纳米颗粒是一种由氧化锌组成的纳米级颗粒材料,具有优异的光电性能和光催化性能。
它被广泛应用于太阳能电池、光催化材料、柔性电子器件等领域,同时也被用于制备高性能的抗菌材料。
5. 硼氮化物硼氮化物是一种由硼和氮元素组成的化合物材料,具有极高的硬度和热导率,同时具有优异的化学稳定性。
硼氮化物被广泛应用于超硬刀具、高温陶瓷、热导材料等领域,同时也被用于制备高性能的电子器件。
总的来说,新型无机非金属材料具有独特的物理和化学性质,广泛应用于电子、光电、能源、环境保护等领域。
随着纳米技术和材料科学的发展,新型无机非金属材料的研究和应用将会得到进一步的推动,为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。
垫片密封在现代工业中占有很重要的地位,密封失效造成的跑、冒、滴、漏严重地影响生产的连续性,密封的好坏直接关系到生产安全,因此垫片的发展越来越受到人们的重视。
垫片密封技术的发展是随着压力容器的发展而发展的,应用范围越来越广,随着现代化工业特别是石油化工业、原子能工业、大型电站的兴起,压力容器向高温、高压、高真空、深冷和大型化发展,也对垫片密封提出新的要求。
在垫片密封系统中,垫片的发展速度是最快的。
本文介绍几种常用垫片的发展概况,为垫片的密封选型和正确应用提供帮助。
垫片的类型现代工业中使用的垫片按其材料可分为非金属垫片(主要包括石棉橡胶板、聚四氟乙烯垫和柔性石墨垫,垫片形式多为平垫)、组合垫片(由两种非金属材料或一种金属和一种非金属材料组合而成的,主要包括缠绕式垫片、金属包垫以及最近发明的波形活压垫片等)和金属垫片(通常是由一种金属或合金通过机械加工而成的,主要包括平垫、椭圆形、八角形垫圈等)。
1.1非金属垫片1. 1.,石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片是过去常使用的垫片之一,价格较其他垫片便宜,使用方便,一般用于压力不超过1. 6MPa、温度不超过200℃的场合。
它存在的不足是:垫片材料虽然加人了橡胶和一些填充剂,但仍然无法将那些串通的微小空隙填满,存在微量渗漏,故对于污染性极强的介质,即使压力、温度不高也不能使用;当用于一些高温油类介质时,通常在使用后期,由于橡胶和填充剂碳化,强度降低,材料变疏松,便在界面和垫片内部产生渗漏,出现结焦和发烟现象;另外,石棉橡胶板在高温下易粘结在法兰密封面上,给更换垫片带来了许多麻烦;石棉橡胶板还含有氯离子和硫化物,吸水后容易与金属法兰形成腐蚀原电池,尤其是耐油石棉橡胶板中硫磺含量高出普通石棉橡胶板几倍,故在非油性介质中不宜使用。
需要特别指出的是由于健康和环保的原因,石棉制品不符合国际环保公约和国际标准化组织的要求,石棉垫片在国际市场上已被禁用或淘汰,建议少用或不用。
1.1.2柔性石墨垫片柔性石墨垫片是取代石棉垫片的理想选择。
石墨行业知识点总结图一、石墨的性质1. 物理性质:石墨的晶体结构呈层状,层与层之间有很好的滑动性,因此石墨具有良好的润滑性。
此外,石墨还具有良好的导电性和耐热性,是一种优良的导电材料和耐热材料。
2. 化学性质:石墨是一种惰性材料,具有很高的化学稳定性。
在常温下,石墨与酸、碱、盐等化学物质都不起反应。
二、石墨的生产工艺1. 矿石选矿:石墨主要存在于片状石墨和结晶石墨两种形态,通过采矿和选矿过程将石墨矿石提纯。
2. 碳化石墨:通过高温处理,将石墨矿石中的有机杂质转化为碳,从而提高石墨的纯度和导电性。
3. 加工成型:将碳化后的石墨粉末进行成型、烧结等工艺过程,得到成品石墨制品。
三、石墨的应用领域1. 电池材料:石墨在锂离子电池中作为负极材料使用,具有很高的导电性和循环稳定性,可以提高电池的性能和使用寿命。
2. 润滑剂:石墨作为固体润滑剂,广泛应用于机械设备的润滑和减摩领域。
3.耐热材料:石墨具有很高的耐热性和导热性,被用于制造高温材料和耐火材料。
4. 其他领域:石墨还被用于制造领域、化工领域、航天航空领域等多个领域。
四、石墨行业的市场现状1. 产业发展:全球石墨行业呈现出快速增长的态势,主要受到新能源、电子电器、航天航空等行业的需求推动。
2. 市场供需:石墨产品的供需关系紧张,尤其是高纯度、高性能的石墨产品供不应求。
3. 国内外市场:中国是全球最大的石墨生产和消费国家,国内石墨行业市场规模不断扩大,但与国际先进水平仍存在一定差距。
总的来说,石墨作为一种重要的工业原材料,在多个领域都有着广泛的应用和巨大的市场需求。
随着科技的不断进步和产业结构的升级,石墨行业也将不断发展壮大,为推动经济发展和提高生产效率发挥着重要作用。
柔性石墨材料的特点
柔性石墨材料属于非纤维质材料。
柔性石墨做成板材后模压成密封填料使用。
柔性石墨又称膨胀石墨,它是把天然鳞片石墨中的杂质除去。
再经强氧化混合酸处理后成为氧化石墨。
氧化石墨受热分解放出二氧化碳,体积急剧膨胀,变成了质地疏松、柔软而又有韧性的柔性石墨。
其特点主要有:
1.有优异的耐热性和耐寒性。
柔性石墨从-270度的超低温到3650度(在非氧化气体中)的高温,其物理性质几乎没有什么变化,在空气中也可以使用到600度左右;
2.有优异的耐化学腐蚀性。
柔性石墨除在硝酸、浓硫酸等强氧化性介质中有腐蚀外,在其他酸、碱和溶剂中几乎没有腐蚀;
3.有良好的自润滑性。
柔性石墨同天然石墨一样,层间在外力作用下,容易产生滑动,因而具有润滑性,有较好的减磨性,摩擦系数小;
4.回弹率高。
当轴或轴套因制造、安装等存在偏心而出现径向圆跳动时,具有足够的浮动性能,即使石墨出现裂纹,也能很好密合,从而保证帖合紧密,防止泄漏。
石墨产品分类一、根据形态分类1. 自然石墨自然石墨是在地壳深层形成的一种有机热变质矿物,主要由碳元素组成。
根据晶体结构的不同,可以分为片状石墨、颗粒状石墨和脉状石墨。
(1)片状石墨:片状石墨具有光泽和薄片状的特点,是一种优质的石墨产品。
它通常用于制造高温耐火材料、碳纤维、润滑材料等。
(2)颗粒状石墨:颗粒状石墨颗粒较大,通常用于冶金和化工领域,如制备硅铝合金、造纸、防锈涂料等。
(3)脉状石墨:脉状石墨是由变质岩中的石英结晶变为石墨状排列而成,适用于制造模具、电极材料等。
2. 合成石墨合成石墨是通过高温石墨化技术将碳材料变质成石墨的过程制得,一般有碳化硅石墨、石墨烯等。
(1)碳化硅石墨:碳化硅石墨是将硅和碳在高温条件下反应制得的一种合成石墨,具有高硬度、高强度、耐高温性能,通常用于制造耐磨材料、陶瓷基复合材料等。
(2)石墨烯:石墨烯是由碳原子单层排列而成的二维材料,具有优异的导电性、导热性和力学性能,广泛应用于电子、光电子、催化剂等领域。
二、根据用途分类1. 工业石墨工业石墨是指应用于各种工业领域的石墨制品,包括石墨电极、石墨模具、石墨加热元件等。
工业石墨具有耐高温、导电、导热和耐腐蚀等特性,在冶金、化工、航空航天等行业中起着重要作用。
(1)石墨电极:石墨电极是石墨制品的一种,主要用于工业炉具的加热、冶炼金属、制备化学品等。
常见的石墨电极有普通石墨电极、高密度石墨电极、环保石墨电极等。
(2)石墨模具:石墨模具是用石墨材料制成的模具,具有高热导率、耐高温、低膨胀系数等特点,适用于压铸、注射成型等工艺。
2. 碳炭制品碳炭制品是一类以石墨为主要成分的碳材料制品,包括碳炭电极、碳炭石墨盘、碳炭粉末等。
碳炭制品广泛应用于磷化铝电解、电化学工业、冶金工业等领域。
(1)碳炭电极:碳炭电极是在电解槽中作为阳极使用的电极,通常由石墨、焦炭等原料制成,具有导电性好、耐腐蚀、耐高温等特点。
(2)碳炭石墨盘:碳炭石墨盘是用碳材料制成的磨具,用于研磨工件表面、切割材料等。
无机非金属材料相关的技术标准知识产权产业政策一、无机非金属材料介绍(一)无机非金属材料概述无机非金属材料的种类非常多,从不同的角度来说有着不同的意义。
比如,从材料学的角度来说,无机非金属包括了除金属材料、有机高分析材料以外的其他所有类别的材料,这些材料都可以称为是无机非金属材料,如硅酸盐、碳化物和氧化物等等。
无机非金属在工业革命的推动下在 18 世纪实现了高速发展,直到 20 世纪,无机非金属材料开始应用在计算机、航空航天等众多新领域和行业中,也实现了无机非金属材料更深层次的发展。
同时也让一些在理化性能方面具有一定优势的材料得到了发展,比如变色玻璃、绝缘陶瓷、光导纤维等,在很大程度上弥补了有机材料和金属材料的不足。
所以,对无机非金属材料的发展进行研究有着非常重要的现实意义和价值。
(二)无机非金属材料的特点1。
无机非金属材料具有高强度属性、高硬度特点,以及强耐腐蚀性能、透光性能、导电性能以及铁电性能等优势都非常明显和突出,并且在应用途径方面也比较多。
2。
无机非金属材料的化学物质和物理物质稳定性更强,并且和酸碱反应敏感度之间的差距并不大,可以更好地实现更加稳定、长久的使用效果。
3。
无机非金属材料中的特种无机非金属材料还有着其他方面的特点和优势,比如有着很好的高温抗氧化性、绝缘性、磁学特性,以及光传输性等特点和优势,在新型的无机非金属材料中还可以体现出更多的特点和优势。
二、无机非金属材料的应用范围和领域(一)建筑工程领域中的应用无机非金属材料在建筑工程领域中的应用包括了水泥陶瓷、涂料等等,这些材料的应用范围和频率非常高,在很大程度上推动了建筑领域的高速发展。
首先,在建筑领域中,传统水泥会消耗大量的能量,但是无机非金属水泥材料主要是对工业废渣进行重新加工形成一种新型的水泥材料,提高其经济效益和应用效率。
新型水泥材料有着很强的性能特点,另外因其透水性比较强,所以常常被应用在海绵城市的建设中。
另外,新型陶瓷材料的应用,可以将新型陶瓷材料制作成颗粒状的形态,以粗骨料的形式应用在建筑工程中,更好地提高建筑的保温性能和隔热性,同时还可以大大提升建筑结构的荷载能力,尤其是在建筑工程中外墙建设中的应用,可以很好地减少建筑室内的能量损耗,提高建筑工程的生态环保性。
柔性石墨(Flexible Graphite)加工与应用摘要:矿物是与植物、动物一起被称为人类赖以生存旳三大自然物质资源[1]。
随着着人类文明旳进步和科学技术旳发展,被发现旳可供人类运用旳非金属矿物品种越来越多,对非金属矿物材料旳加工有了多元化旳规定。
碳是一种很常见旳非金属元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。
碳单质很早就被人结识和运用,碳旳一系列化合物——有机物更是生命旳主线。
然而石墨作为碳单质旳一种,随着科学技术旳不断发展,石墨旳诸多新用途被人们开发出来。
柔性石墨作为一种新型功能材料进入了人们旳视野。
本文重要从石墨旳性质,可膨胀石墨,膨胀石墨,柔性石墨等方面简介柔性石墨旳加工与应用前景。
核心字:柔性石墨(FlexibleGraphite)、制备工艺。
1.1引言石墨旳性质决定了石墨旳使用用途,石墨重要化学成分为碳(C),属于六方晶系,具有特殊旳层状构造。
柔性石墨(Flexible Graphit e)是以膨胀石墨为原料,经加压成型旳材料,克服了天然石墨硬而脆旳缺陷,具有柔韧性。
通过深加工旳柔性石墨是一种非常优秀旳密封材料,可以制作加工成多种垫圈以达到密封多种部件旳作用。
柔性石墨(Flexible Graphite)耐腐蚀性强,在酸、碱、盐、有机溶剂、热油、油脂等介质中不发脆、不老化、不变质,是化工、石油、电力等行业高温流体密封旳优质无机新型密封材料。
1.2石墨石墨旳重要化学成分为碳(C),自然界成分纯净者很少,往往具有大量旳(10%-20%)杂质如黏土、沥青及SiO2、Al2O3、FeO等各类氧化物混入物。
石墨属于六方晶系,具有典型旳层状构造:C成层排列,每个C与相邻旳3个C之间以等距相连,每一层旳C按六方环状排列,上下相邻层旳C六方环通过平行网面方向互相位移后再叠加形成层状构造,位移旳方位和距离不同就导致不同旳多型构造。
石墨具有2中不同旳多型(2H型和3R型),单晶片呈片状或板状,但完整旳却很少见,一般为鳞片状、块状或土块集合体。
无机非金属矿物材料论文题目:柔性石墨(Flexible Graphite)的特点与市场前景分析教师:xx姓名:xx学号:000000000000班级:0000日期:2011年10月30日柔性石墨(Flexible Graphite)的特点与市场前景分析摘要:矿物是与植物、动物一起被称为人类赖以生存的三大自然物质资源[1]。
随着社会的进步,科学的发展,人们的物质生活日益丰富,对材料有了更加多元化的要求,矿物资源、尤其是非金属矿物资源得到越来越广泛地应用[2]。
碳是一种很常见的非金属元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。
碳单质很早就被人认识和利用,碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。
然而石墨作为碳单质的一种,随着科学技术的不断发展,石墨的诸多新用途被人们开发出来。
柔性石墨(Flexible Graphite)是指石墨经过特殊处理后得到的一种功能材料,自从1963年由美国联合碳化物公司(UCC)研制成柔性石墨密封材料,并于1968年成功地应用于原子能工业以来,世界各国都开始重视这一新型功能材料,并且对加大了对这一新型材料的研究和开发,这种产品除保持天然石墨所具有的特性外,还具有特殊的柔性和弹性。
因此,是一种理想的密封材料,广泛用于石油化工、原子能等工业领域,国际市场需求量逐年增长。
关键字:柔性石墨(Flexible Graphite)、性质、功能、应用、制备工艺、发展前景。
汪灵教授曾在《矿物材料学的内涵与特征》中认为[3],矿物材料学是研究矿物材料的组成与结构、制备与合成、性能和使用效能以及矿物原料性质与特点等五要素及其相互关系和规律的一门学科。
这五要素是具有内部互相联系和作用的有机整体,研究这五要素并了解它们之间的相互关系和规律构成了矿物材料学的内涵。
矿物原料性质与特点是其他四要素的基本前提或重要基础,矿物原料及其与其他四要素的关系以及矿物在其他四要素中的关键性都体现了矿物材料学的矿物科学属性。
因此,石墨的性质决定了石墨的使用用途。
石墨的化学成分主要含碳,然而在自然界中成分纯净者极少,往往含有大量的(10%—20%)各种杂质,如黏土、沥青及SiO2、Al2O3、FeO等各类氧化物混入物[4]。
柔性石墨(Flexible Graphite)是以膨胀石墨为原料,经加压成型的材料,克服了天然石墨硬而脆的缺点,具有柔韧性。
经过深加工的柔性石墨是一种非常优异的密封材料,可以制作加工成各种垫圈以达到密封各种部件的作用。
柔性石墨(Flexible Graphite)耐腐蚀性强,在酸、碱、盐、有机溶剂、热油、油脂等介质中不发脆、不老化、不变质,是化工、石油、电力等行业高温流体密封的优质无机新型密封材料。
由于柔性石墨(Flexible Graphite)是通过把经高温膨化后的膨胀石墨压制而成[5],在柔性石墨中残留的插层剂的量是很小的,但是并不是完全没有,因此插层剂的存在及其成分对于产品的质量和性能就有很大的影响。
最初的发明者是用浓硫酸来做氧化剂和插层剂,通过应用到金属部件的密封中后,发现长期使用后柔性石墨中残留的少量的硫对接触的金属存在腐蚀,针对这一点国内有一些学者进行了改善的尝试,发现在利用化学氧化法制备柔性石墨时,由于浓H2SO4不足以提供插层反应的驱动力,必须加入其他强氧化剂,如发烟HNO3、HClO4、KMnO4等,以保证反应的进行。
实验证明[6],随着氧化剂的氧化性的增强,柔性石墨材料的抗拉强度和抗压强度呈现增大的趋势;同时在石墨酸化过程中,氧化程度过高和过低都不利于获得高力学性能的柔性石墨材料。
所以柔性石墨的性能与H2SO4、强氧化剂的用量相关[7],当石墨与浓H2SO4的质量比为1.0 ∶3.0 时,制得的柔性石墨的性能最好;柔性石墨的膨胀体积随KMnO4 的用量增大,当质量比为1.0∶0.8 时,膨胀容积可达到228 mL·g- 1,继续增加KMnO4的用量,膨胀容积增加不多;FeCl3为柔性石墨制备中的催化插入剂,少量FeCl3的加入可使石墨层间插入较多的H2SO4,石墨与FeCl3的质量比与柔性石墨的膨胀容积成正比,但当其质量比大于1.0:0.15 时,制得的柔性石墨的膨胀容积增加不大,考虑制品的氯含量过大会对金属造成严重腐蚀,所以控制石墨与FeCl3的质量比为1.0∶0.15。
因此,在生产中控制石墨与H2SO4、强氧化剂的质量比与柔性石墨的性能息息相关。
柔性石墨(Flexible Graphite)的孔结构是其重要的性质之一[8],在扫描电镜下观察可以发现,柔性石墨内部的孔结构大致可以分为四级:第一级孔是微胞之间尺寸几十μm 到几百μm 的V 型开放孔隙;一个微胞由若干变形的亚层面组成。
第二级孔是亚层面之间几μm 到几十μm 的贯通孔隙;一个亚层面本身又有丰富的μm 级孔隙,孔隙的取向无规,形成网络状结构,这是第三级孔结构;三级孔孔壁内部又含有少量μm 尺度孔径的微观孔,将其划分为第四级孔。
这些孔结构对材料的力学性能有较大影响。
柔性石墨(Flexible Graphite)作为一个新产业,是上个世纪70年代由于美国联合碳化物公司(UCC)研制成柔性石墨密封材料,并于1968年成功地应用于原子能工业而诞生的,随后逐渐扩展到日本西欧。
我国是在80年代开始研制并生产柔性石墨的[9],起步较发达国家晚,到1996年全国年产量仅1000t左右,不过柔性石墨在我国诞生后的发展速度是惊人的,到1999年10月估计已突破4000t(仅浙江某县级市就有柔性石墨密封材料生产企业40多家,年耗石墨纸约4 000 t ),到20世纪末国内市场需求量已超过10 000t。
到2001年,我国的柔性石墨生产设备已形成体系,无论石墨纯生产线,还是柔性石墨生产流水线,都有专业人员和专业工厂设计和生产。
凡是生产柔性石墨所需要的设备,都可以购到,而且性能优良,运行可靠。
我国独创的柔性石墨编织填料,开始从手工生产逐步实现机械化和自动化,现在我国的生产设备是世界上独有的,生产出来的产品质量比手工时代和半机械化时代性能更优良,故赢得世界各国的竞相订购,出口量超过国内销量。
我国柔性石墨(Flexible Graphite)工业之所以得以蓬勃发展,一方面是因为在生产设备技术上是世界独有的,另一方面是因为储量十分丰富的世界石墨资源储藏极为不均匀,有的国家一无所有,而我国还拥极为丰富的石墨储量。
目前已探明的石墨开采地有河北、内蒙古、河南、四川等地的产量已经位居世界前茅。
因此,我国可以充分利用石墨的资源优势,大力发展柔性石墨工业。
虽然我国柔性石墨发展迅速,产品和生产设备的性能达到了世界先进水平,不过还是不够完善。
柔性石墨(Flexible Graphite)的结构决定了柔性石墨蠕虫间是机械结合而非化学键合,机械强度低,抗拉强度仅为3.0一4.0MPa,剪切强度也很低。
此外,纯柔性石墨易于腐蚀金属,且在氧化性气氛中耐湿性不好,超过450℃即开始氧化。
将柔性石墨与其它材料复合以后,这种缺陷得到了明显的改善,为此,柔性石墨复合材料已成为研究的主流。
研究表明,在柔性石墨中加人各种纤维,如芳纶纤维、碳纤维、棉纤维、以及其它各种纤维,大都有增强其强度的功效。
把柔性石墨与钢板、铝箔等复合压制,也可起到增强的作用。
将膨胀石墨与IiB03(或盐类)、H3P04(或盐类)、有机硅、树脂等粘结剂复合,有的还浸泡钥酸(或BMo03),四氟液等,以提高其抗氧化性和润滑性闭。
在金属材料方面,为了减缓对金属材料的腐蚀,也可加人缓蚀剂(如锌粉等)或采用电化学法。
此外,还可以将稀土插人石墨层间,借助稀土优良的防腐性能,改善石墨对金属材料的腐蚀。
稀土可能具有催化性能,促进对摩的金属材料表面形成氧化物等防护层,避免与石墨的直接接触,从而减少腐蚀。
如能合成出分子水平上均匀的稀土石墨层间化合物( REGIC)纳米复合材料,有望研制成性能优良的润滑密封材料。
目前我国柔性石墨产品主要有:填料环、缠绕垫片、通用盘根以及金属板冲制的复合板、层压(粘结)复合板制成的各种垫片等。
我国于八十年代引进了柔性石墨连续膨胀和压延生产线,但市场竞争力不强,主要是硫分高,挥发度高,强度低。
为了彻底解决硫分问题,经多次实验证明可以采取有机物共插技术,利用有机物容易分解的特点,在较低温度下即可使GIC迅速膨化,层间距达几百倍的膨胀。
如能合成只含C, H, 0的有机分子GIC,可以用来制备无腐蚀的柔性石墨密封材料。
我国密封件生产设备,虽有长足的进步,但还不够完善。
例如编织机仍然是当年编织石棉盘根的老机器,不尽适用于柔性石墨、碳素纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯的编织,而且噪音很大,影响操作工人的健康。
今后我国密封件生产设备的发展,仍将以自我完善为主,借鉴外国经验为辅。
改进的重点在于提高密封件产品质量和降低能耗。
对于目前存在的突出问题,例如编织机噪音问题,必将得到彻底决。
我国密封件生产设备不会全盘西化,因为国情有所不同。
我国密封件厂小而多有外国那样的大企业,外国那种高自动柜、高效率的密封件生产设备,我们还不需要,而且也买不起。
我们需要的是产量适当,价格便宜,使用称心的密封件生产设备,可以相信,它会源源不断地出现在我们面前。
柔性石墨(Flexible Graphite)作为一种新型功能材料有着广泛的应用和发展前景,合理的开发和应用对我国的国民经济有着十分重要的意义。
当前我国柔性石墨的开发和应用尚处于小规模、单品种阶段,其产品主要为密封材料,而且纯度较低,难以满足核工业等对高品质柔性石墨的要求[10]。
为此,当前我国柔性石墨的发展方向一方面应沿着大型化、自动化、连续化、高效率的生产方向发展;另一方面应提高柔性石墨的质量,降低柔性石墨中硫、氯等有害元素的含量,同时改进传统的生产工艺和生产设备,改善操作条件,减少环境污染;再者,要加强柔性石墨复合材料的研究和开发,改善柔性石墨的性能,降低柔性石墨的生产成本,加强对柔性石墨的基础性能研究,扩大它在各行业中的应用。
生产技术和生产设备的同步改进,柔性石墨的前景将无限美好。
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