目前我国石墨制品深加工技术发展主要有哪几点?
我国是天然石墨资源大国,储量、产量及出口量均居世界首位。但由于技术开发投入不够,目前仍以原料生产及加工鳞片石墨为主。碳-石墨材料是前景很大的新兴材料,广泛用于高科技领域,发达国家投入人力、财力进行开发研究。天然石墨深加工技术进展很快,目前已形成一些新型产业。
我国柔性石墨新产业正在建设发展中,“八五”期内取得了一批柔性石墨加工技术及装备的成果,但目前仍处于试制阶段。我国锂离子电池还处于小试阶段,但已用天然石墨研制出结构稳定的阳极材料。其内容量密度达350mAh/g。我国经引进和消化吸收已能生产5种规格彩电管石墨乳。浸硅石墨制品目前国内属空白。
性石墨及膨胀石墨材料的开发与应用 柔性石墨和膨胀石墨是重要的石墨深加工产品。从材料学的角度,膨胀石墨与柔性石墨二者有很大区别,是两种材料。膨胀石墨是松散的多孔结构材料,具有优良的隔绝密封性能。随着技术和新材料应用的发展,这两类新材料由于其不同的特性,各自的应用领域也显著不同。本文将讨论这两种特性不同而又紧密相关的材料,在化工领域及其它领域的应用现状及发展趋势。
柔性石墨由天然鳞片石墨加工而得。制备的关键技术,是将天然鳞片石墨制备成石墨层间化合物。工业操作上,常用浓.硫酸作为层间插入物,所以它又称酸化石墨(可膨胀石墨)。不过酸化石墨是在石墨与酸反应后,经水洗干燥,大部分层间插入物已经逸出,所以它实际上是残余石墨层间化合物。绝大部分石墨层间化合物在快速加热时,层间插入物都会气化,从而形成高压,使石墨粒子沿C轴方向膨胀。很薄的酸化石墨鳞片膨胀后象一条条蠕虫,长度可达1~2cm所以称蠕虫石墨或石墨蠕虫,亦即通常所说的膨胀石墨。膨胀石墨在压制或轧制时,蠕虫之间相互啮合,从而压轧成石墨卷材或板材,即为柔性石墨。由于插层剂硫酸在加热时绝大部分地区逸出,所以柔软性石墨除有1000PPM左右的残硫外,化学成份与鳞片石墨基本相同,为纯碳。
石墨坩埚因具有优良的性能,所以在冶金、铸造、机械、化工等工业部门,被广泛用于合金工具钢的冶炼和有色金属及其合金的熔炼。并有着较好的技术经济效果。石墨坩埚主要分为:天然石墨坩埚、人造石墨坩埚、高纯石墨坩埚等。
天然石墨坩埚是采用鳞片石墨经过混捏、成型等加工而成的,主要用于使用温度不高,要求技术含量不高的行业,成本较低,使用寿命短。
人造石墨坩埚是采用石油焦、沥青混捏而成,经过焙烧、石墨化、机机加工等制成的,主要用于温度高、使用环境复杂、要求技术高的行业,成本中等,使用寿命相对较长。
高纯石墨坩埚是属于高端产品,主要用于贵金属冶炼等,成本较高。
影响柔性石墨板性能的因素
柔性石墨板产品性能,受许多因素影响。从原材料的质量到生产工艺的各个环节,都有重要的影响。柔韧性的优劣取决于膨胀的程度,而膨胀的程度又取决插层化合物生成 反应的完全程度和膨胀温度的高低。
一、石墨原料纯度和粒度的影响
石墨板化学处理时,化学反应在石墨片的边缘和层的中间同时进行。如果石墨不纯,含有杂质时,将出现晶格缺陷和位错,产生边缘区域扩大,活性点增加,促使边缘反应加快,这虽有利于边缘化合物的生成,却影响到插层化合物的生成,并破坏层状晶格,使晶格变得紊乱而不规整,进而使化学物质向层间扩散的速度和深度,深层里插层化合物的生成都受到阻碍和限制,从而影响膨胀程度的提高。
因此要求石墨杂质含量必须在规定的范围内。尤其是颗粒状杂质绝.对不许存在,否则在压制过程会切断石墨鱗片,使成型 材料质量降低。
石墨颗粒度大小对柔性石墨板生产也有很大影响。颗粒大,比表面积小,参加化学反应面积相应也小。相反,颗粒小其比表面积大,参与化学反应面积就大。从化学物质侵入难易看,颗粒大必然使石墨鳞片叠层厚,层间隙深,化学物质难于进入每一层,更难于在层间隙扩散到深部。这对膨胀程度影响很大。石墨颗粒过细,比表面积会过大,边缘 反应占优势,也不利于插层化合物生成。所以石墨颗粒过大或过小都不好。
在相同的条件下,用不同粒度级别的石墨,制得的柔性石墨松散密度和粒度的关系, 如图2-6所示。曲线中表明30目的粒级松散密度最.小,说明膨胀效果最.好。但实际生产表明,使用的石墨粒度范围为-30目到+ 100目,效果都比较理想。石墨粒度的影响, 还体现在配料的粒度组成不可太宽,即最.大颗粒和最.小颗粒直径差不可太大。粒度组成均匀,加工效果才比较好。
二、化学处理的影响
化学处理的目的是生成插层化合物,避免或控制生成边缘化合物。为达到这一目 的,对氧化剂的选择,显得特别重要。