石墨材料材料加工制備

1、第一章 碳材料的制備,天然碳材料天然石墨的類型提純改性人工碳材料原料碳化（氣、液、固）中間相石墨化,天然石墨的種類,晶質石墨：致密晶質石墨(Vein, >0.5mm)，鱗片石墨 (Flake, 1?m-0.5mm)。碳在石頭里過飽和析出，含碳量超過每噸30kg, 就有開采價值隱晶質石墨：土狀石墨(Amorphous, microcrystalline, <1um)。天然鱗片石墨的開采：石墨親油疏水采礦

2、?粉碎?浮選?電選?重選?水洗?干燥?包裝（中碳石墨,80-94%）,Flake graphite,Microcrystalline graphite（晶粒很細）,天然鱗片石墨的提純,化學提純：酸法：在反應釜中與HCl, HF, HCl+HF反應（一定溫度下），再水洗?干燥?篩分?包裝(99.8%)HF是一個禍害，對環(huán)境污染很厲害，對人危害也很大，劇毒堿法：中碳石墨?熔融燒堿?水洗?鹽酸中和?水洗?干燥?篩分?包裝(99.9%)

3、高溫提純：鹵素氣體，高溫下通入鹵素氣體與石墨中的灰份反應（99.99%），加熱到2500°C以上,天然鱗片石墨的提純(二）,物理提純：石墨在4500?C以上升華，將石墨在石墨爐中加熱到3000?C以上，低沸點灰份蒸發(fā)去(99%),天然石墨的改性,粉體顆粒改性球形化表面氧化表面包覆插層,人工炭材料,碳黑用作橡膠的增強劑,人工炭材料的原料,各種富碳的有機物動植物（木、竹、骨等）煤油氣樹脂,炭化(Carboni

4、zation),原料在還原性或惰性氣氛中緩慢加熱，有機物分解成殘余碳和揮發(fā)性化合物，幾種反應同時發(fā)生： ——脫氫反應，凝聚反應，同素異質轉變。 ——熱解，熱聚（鏈變成環(huán)（芳香環(huán)））殘余碳含量與原料種類和熱解溫度有關——90wt%,900?C; 99wt%,1300?C碳收率(Carbon Yield): 炭化后殘余碳含量與炭化前原料質量之比,炭化過程示意圖,中間相,,熱聚反應,,液相炭化,原料：瀝青、重質油

5、等通?！?00 ℃進行出現(xiàn)以縮聚稠環(huán)芳香烴結構為主體的液晶狀態(tài)，即中間相（mesophase）是一種有序結構，炭化學叫中間相，實際是液晶產(chǎn)品：針狀焦、MCMB（中間相碳微球）,炭質中間相的形態(tài),,,,,,,,圖1炭質中間相的典型聚芳烴分子模型. (a) 煤系中間相瀝青分子[1]; (b) 石油系中間相瀝青分子[2]; (c) 萘系中間相瀝青分子[3],[1] Zimmer JE, White JL. Disclination s

6、tructure 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 meso

7、phase pitch from aromatic hydrocarbons by the aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319,萘系即衛(wèi)生球,炭質中間相形成的“顆粒單元基本構筑”理論,炭質中間相形成的BGBU過程,石墨化(Graphitization),由碳向有序排列的石墨結構轉變。高于2500?C。晶體尺度（Crystallite size Lc）：由5nm（碳）增加到100nm以

8、上。面間距(Interlayer spacing d)：由0.344nm以上（未完全石墨化）降到0.3354nm（理想單晶石墨）。實際上人工炭達不到0.3354nm石墨化度G: (0.344-d002)/(0.344-0.3354),Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitization,Formation of graphitic regu

9、larity,石墨化機理,l       消除層面內和層面間的缺陷l       晶體逐漸長大l       消除交叉鍵l       ABAB密排結構形成l