天然石墨與人造石墨的區別和關系

天然石墨與人造石墨的區別和關系
石墨可分為天然石墨與人造石墨，二者結構相近，物理化學性質相似，但用途卻有著較大差別。眾多研究中，某些研究者沒有注意到兩者的區別而籠統地稱之為石墨。這種將二者混為一談的結果造成了很多的誤導，甚至是決策的錯誤，帶來很大的資源浪費和經濟損失。本文就從天然石墨與人造石墨結構組成、性能的角度出發，談談兩者的特點與區別，以及重要聯系與應用進展。

1石墨分類與特點

1.1 天然石墨

天然石墨是富碳有機物在高溫高壓地質環境長期作用下轉變形成的，是大自然的結晶。天然石墨的工藝特性主要取決于它的結晶形態。結晶形態不同的礦物，具有不同的工業價值和用途。天然石墨的種類較多，根據結晶形態不同，工業上將天然石墨分為致密結晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質石墨三類。我國主要有鱗片石墨和隱晶質石墨兩大類。

1.2 人造石墨

人造石墨類似于結晶學中的多晶體。人造石墨種類繁多，生產工藝千差萬別。廣義上來說，一切通過有機物炭化再經石墨化高溫處理后得到的石墨材料均可統稱為人造石墨，如炭（石墨）纖維、熱解炭（石墨）、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常是指以雜質含量較低的炭質原料（石油焦、瀝青焦等）為骨料、煤瀝青等為粘結劑，經過配料、混捏、成型、炭化（工業上稱為焙燒）和石墨化等工序制得的塊狀固體材料，如石墨電極、熱等靜壓石墨等。

2天然石墨與人造石墨的區別和聯系

鑒于以上天然石墨為原料制備出來的通常是狹義的人造石墨，現僅分析和討論天然石墨與狹義人造石墨的區別與聯系。

2.1 晶體結構

天然石墨：晶體發育較為完善，鱗片石墨的石墨化程度更在98%以上，而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。

人造石墨：晶體發育程度取決于原材料及熱處理溫度。一般來說，熱處理溫度越高，其石墨化程度也就越高。目前工業生產的人造石墨，其石墨化程度通常低于90%。

2.2 組織結構

天然鱗片石墨：是一種單晶，組織結構較簡單，僅存在結晶學上的缺陷（如點缺陷、位錯、層錯等），宏觀上表現出各向異性的特征。天然微晶石墨的晶粒較小，晶粒之間雜亂排列且存在雜質脫除后的孔洞，宏觀上表現出各向同性。

人造石墨：可看作是一種多相材料，包括石油焦或瀝青焦等炭質顆粒轉化的石墨相、包覆在顆粒周圍的煤瀝青粘結劑轉化的石墨相、顆粒堆積或煤瀝青粘結劑經熱處理后形成的氣孔等。

2.3 物理形態

天然石墨：通常以粉體形態存在，可單獨使用，但通常與其它材料復合后使用。

人造石墨：形態較多，既有粉狀，也有纖維狀和塊狀，而狹義的人造石墨通常為塊狀，使用時需要加工成一定形狀。

2.4 理化性質

在理化性質方面，天然石墨與人造石墨既有共性，也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導體，但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說，天然鱗片石墨的傳熱性能和導電性能最好、天然微晶石墨次之，人造石墨最低。石墨具有的較好的潤滑性和一定的可塑性，天然鱗片石墨的晶體發育較完善，摩擦系數較小，潤滑性最好，可塑性最高，而致密結晶狀石墨和隱晶質石墨次之，人造石墨較差。

3天然石墨與人造石墨的應用領域

石墨具有許多優良的性質，因而在冶金、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業部門獲得廣泛應用。天然石墨與人造石墨的應用領域既有相互重疊的部分，也有不相同的地方。

3.1 冶金工業

在冶金工業中，天然鱗片石墨因抗氧化性較好可用于生產鎂碳磚和鋁碳磚等耐火材料。人造石墨可以作為煉鋼電極，而天然石墨制成的電極就難以用于使用條件較苛刻的煉鋼電爐。

3.2 機械工業

在機械工業中，石墨材料通常用作耐磨和潤滑材料。天然鱗片石墨的潤滑性較好，常用作潤滑油的添加劑。輸送腐蝕介質的設備，廣泛采用人造石墨制成的活塞環、密封圈和軸承，工作時無需加入潤滑油。天然石墨與高分子樹脂復合材料也可用于上述領域，但耐磨性不如人造石墨。

3.3 化學工業

人造石墨具有耐腐蝕、導熱性好、滲透率低等特點，在化學工業中廣泛用于制作熱交換器、反應槽、吸收塔、過濾器等設備。天然石墨與高分子樹脂復合材料也可用于上述領域，但導熱性、耐腐蝕性不如人造石墨。

4結語

隨著研究技術的不斷發展，人造石墨應用前景不可估量。就目前來看，以天然石墨為原料開發人造石墨制品不失為拓展天然石墨應用領域的重要途徑之一。天然石墨作為輔助原料早已用于部分人造石墨生產，但以天然石墨為主要原料開發人造石墨制品則研究不夠。充分認識和利用天然石墨的結構與特性，采用合適的工藝、路線和方法，生產具有特殊結構、性能和用途的人造石墨制品，是實現這一目標的最佳方式。

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