石墨材料生产工艺.docx

第三章石墨材料生产工艺

主要教学内容：

胶体石墨的制备工艺；胶体石墨的稳定性分散;

石墨层间化合物的制备方法;膨胀石墨的制备工艺；

柔性石墨的加工参考资料：

徐涛。石墨制品工艺学。武汉工业大学出版社，1992。

一.石墨的构造

第一节石墨概述

晶体构造:层内共价键，层间分子键.此构造打算了石墨的形态与性质。为层间化合物的制备供给前提条件。自然石墨矿物有：

晶质石墨(片状、鳞片状〕

隐晶质(土状)石墨两中产出形式。

常伴有长石,石英,云母,磁铁矿等矿物。二、性质

耐高温(熔点3850℃,沸点4250℃)、导电、润滑、化学性质稳定、疏水性、可塑性等。

自然石墨；

以沥青、焦炭为原料生产的人造石墨。

用于制造远程或者航天火箭推动器的材料；用于核工程〔中子减速剂〕；

用于制造型潜艇的轴承；

用于航空电刷、密封、润滑材料等。

其次节石墨的提纯

选矿后的石墨纯度小于94%,必需经过化学提纯提高品位。去除长石,石英,云母等杂质。

化学提纯：通过化学过程获得高纯或超纯矿物原料的加工方法。

原则：酸浸出其中的金属盐和碱(土)金属;碱浸出非金属氧化物。

第三节胶体石墨〔石墨乳〕包括润滑材料及导电材料〔158，216〕

石墨乳是一种以超微细鳞片状(1-5微米)石墨为固体分散相，以水或油、有机溶剂为介质的固-液相两相材料。

一、胶体石墨的生产工艺

1、超微细化处理

湿法磨矿〔震惊磨〕；

干法磨矿〔气流粉碎机、超微粉碎机〕。细度(3-5微米)。

2、分散处理

其实，上述两个过程是穿插在一起的。特别是湿法磨矿,微细化与分散处理穿插进展。分散过程中添加潮湿剂〔保护胶体〕、解胶剂〔分散剂〕等，使胶体石墨稳定存在。石墨具有疏水性且带负电，因此，需要参加亲水性物质〔保护胶体,增粘剂〕使石墨具有亲水性；

研磨分级时，需要参加析凝剂使之沉淀，再脱水捕集；

解胶：在石墨浆液中参加碱性电解质〔解胶剂〕，使pH值保持在10左右，石墨粒子带负电荷处于稳定状态。

常用保护胶体有：动物胶、阿拉伯树胶、羧甲基纤维素〔CMC)等。设备有:

三辊磨、胶体磨、振动磨;

关心设备有:泵,搅拌机,储液罐,震惊筛等。

二、胶体石墨的性质

取决于石墨粒子的大小及外形;(能否分散)石墨在液体中的悬浮分散稳定性。

1、石墨粒子的薄片涂膜特性

薄片状石墨粒子在石墨能形成平行排列、格外致密的很薄的涂膜层，结实的附着在金属或其它物质外表。因此，可以分散于各种液相中，制成各种耐热性润滑剂、导电涂料等。

2、胶体石墨的稳定性

胶体石墨粒子稳定分散的条件(制备工艺的两个阶段)：一是胶体粒子微细化处理；

二是石墨微粒在水中的分散稳定化处理。

亲水性分散剂〔保护胶体〕--解胶剂〔碱性电解质〕。

3、胶体石墨的触变性：搅拌前后粘度的变化。

如显像管石墨乳〔胶体石墨〕、拉丝石墨乳。三、拉丝(周密锻造)用胶体石墨的制备

拉丝加工所用的润滑剂，可以分为水润滑剂

油润滑剂

干粉润滑剂。

油润滑剂在工作中易产生油烟，污染环境。

1、原料预备:石墨经过化学提纯，含碳量达９９％；

2、制备工艺

超细粉碎〔必需湿法磨矿〕:使粒度在３－５微米；

分散：稳定分散。工艺过程:

鳞片石墨－化学提纯－干式粉碎〔小于１０微米〕－湿式粉碎〔小于３或５〕－酸处理〔凝析〕－洗涤－解胶

保护胶体〔动物胶，植物胶等〕－搅拌溶解－过滤－胶体磨－储罐备用涂膜增加剂〔硼砂，琼脂等〕，防腐剂〔甲醛等〕，去离子水

三局部搅拌均匀－高速分散－成品储罐

3、配方举例：

高碳石墨〔99%〕18-26％；羧甲基纤维1-4.5%；阿拉伯胶1-7.5%；硼砂0.2-1.5%；氨水1-6%;琼脂0.2-1.5%；甲醛2-８%；其它约７５％为去离子水

4、拉丝胶体石墨润滑剂产品质量标准：石墨含量18-20％；

石墨粒径小于３或５微米；黏度100-200pa.s；

pH值9-10；灰分1-1.5％。

周密锻造用润滑剂的制备，和上述过程类似。均用于高温环境中。第四节石墨层间化合物

将化学反响物质浸入石墨层间，与层内碳原子结合，形成一种具有的夹层性质而且不破坏石墨层状构造的化合物，称之为石墨层间化合物。(可膨胀石墨,石墨酸)

1、石墨层间化合物的分类

依据夹层物的性质及它们之间的作用力分为：离子型层间化合物〔酸类、卤素及金属离子〕、

共价型〔石墨氟化物〕分子型〔芳香族分子〕。

2、石墨层间化合物的构造

插层剂沿着平行于石墨层面方向，在层面之间有规章的插入、规章的排列。石墨层与插入物的比例可以是1：1〔一阶)；

2：1(二阶)

层间距的计算公式：

h=h0+(n-1)×3.35×10-10

h-插入物进入后的层间距；H0-一阶层间化合物的层间距离；N-层间化合物的阶数。３．层间化