石墨材料材料加工制备ppt课件.ppt

第一章 碳材料的制备 天然碳材料 天然石墨的类型 提纯 改性 人工碳材料 原料 碳化（气、液、固） 中间相 石墨化 天然石墨的种类 晶质石墨：致密晶质石墨(Vein, 0.5mm)，鳞片石墨 (Flake, 1?m-0.5mm)。碳在石头里过饱和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价值 隐晶质石墨：土状石墨(Amorphous, microcrystalline, 1um)。 天然鳞片石墨的开采：石墨亲油疏水 采矿?粉碎?浮选?电选?重选?水洗?干燥?包装（中碳石墨,80-94%） Crystal unit 1μm 1μm Flake graphite Microcrystalline graphite （晶粒很细） 天然鳞片石墨的提纯 化学提纯： 酸法：在反应釜中与HCl, HF, HCl+HF反应（一定温度下），再水洗?干燥?筛分?包装(99.8%) HF是一个祸害，对环境污染很厉害，对人危害也很大，剧毒 碱法：中碳石墨?熔融烧碱?水洗?盐酸中和?水洗?干燥?筛分?包装(99.9%) 高温提纯：卤素气体，高温下通入卤素气体与石墨中的灰份反应（99.99%），加热到2500°C以上 天然鳞片石墨的提纯(二） 物理提纯： 石墨在4500?C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000?C以上，低沸点灰份蒸发去(99%) 天然石墨的改性 粉体颗粒改性 球形化 表面氧化 表面包覆 插层 人工炭材料 碳黑用作橡胶的增强剂 人工炭材料的原料 各种富碳的有机物 动植物（木、竹、骨等） 煤 油 气 树脂 炭化(Carbonization) 原料在还原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成残余碳和挥发性化合物，几种反应同时发生： ——脱氢反应，凝聚反应，同素异质转变。 ——热解，热聚（链变成环（芳香环）） 残余碳含量与原料种类和热解温度有关 ——90wt%,900?C; 99wt%,1300?C 碳收率(Carbon Yield): 炭化后残余碳含量与炭化前原料质量之比 炭化过程示意图 中间相 热聚反应 液相炭化 原料：沥青、重质油等 通常≤500 ℃进行 出现以缩聚稠环芳香烃结构为主体的液晶状态，即中间相（mesophase） 是一种有序结构，炭化学叫中间相，实际是液晶 产品：针状焦、MCMB（中间相碳微球） 炭质中间相的形态 图1炭质中间相的典型聚芳烃分子模型. (a) 煤系中间相沥青分子[1]; (b) 石油系中间相沥青分子[2]; (c) 萘系中间相沥青分子[3] [1] Zimmer JE, White JL. Disclination structure in carbonaceous mesophase and graphite. Aerospace report, 1976: 1-5 [2] Fitzer E. Carbon fibers and their composites. New York: Springer-Verlag, 1985 [3] Mochida I, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319 萘系即卫生球 炭质中间相形成的“颗粒单元基本构筑”理论 炭质中间相形成的BGBU过程 石墨化(Graphitization) 由碳向有序排列的石墨结构转变。高于2500?C。 晶体尺度（Crystallite size Lc）：由5nm（碳）增加到100nm以上。 面间距(Interlayer spacing d)：由0.344nm以上（未完全石墨化）降到0.3354nm（理想单晶石墨）。 实际上人工炭达不到0.3354nm 石墨化度G: (0.344-d002)/(0.344-0.3354) Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitization Formation of graphitic regularity 石墨化机理 l?????? 消除层面内和层面间的缺陷 l?????? 晶体逐渐长大 l?????? 消除交叉键 l?????? ABAB密排结构形成 l?????? 碳环和单原子移动来填充空位和消除位错 1.flake graphite exhibits diffraction spots of unit crystal. Microcrystalline shows diffraction rings, indicati