石墨材料材料加工制備課件

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(zhì)石墨：致密晶質(zhì)石墨(Vein, 0.5mm)，鱗片石墨 (Flake, 1m-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(jià)值隱晶質(zhì)石墨：土狀石墨(Amorphous, microcrystalline, 1m 1m Flake graphiteMicrocrystalline graphite（晶粒很細(xì)）天然鱗片石墨的提純化學(xué)提純：酸法：在反應(yīng)釜中與HCl, HF, HCl+HF反應(yīng)（一定溫度下），再水洗干燥篩分包裝(99.8%)HF是一個(gè)禍害，對環(huán)境污

2、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%)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(yīng)（99.99%），加熱到2500C以上天然鱗片石墨的提純(二）物理提純：石墨在4500C以上升華，將石墨在石墨爐中加熱到3000C以上，低沸點(diǎn)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(qiáng)劑人工炭材料的原料各種富碳的有機(jī)物動(dòng)植物（木、竹、骨等）煤油氣樹脂炭化(Carbonization)原料在還原性或惰性氣氛中緩慢加熱，有機(jī)物分解成殘余碳和揮發(fā)性化合物，幾種反應(yīng)同時(shí)發(fā)生： 脫氫反應(yīng)，凝聚反應(yīng)，

3、同素異質(zhì)轉(zhuǎn)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(guān)90wt%,900C; 99wt%,1300C碳收率(Carbon Yield): 炭化后殘余碳含量與炭化前原料質(zhì)量之比 炭化過程示意圖中間相熱聚反應(yīng)液相炭化原料：瀝青、重質(zhì)油等通常500 進(jìn)行出現(xiàn)以縮聚稠環(huán)芳香烴結(jié)構(gòu)為主體的液晶狀態(tài)，即中間相（mesophase）是一種有序結(jié)構(gòu)，炭化學(xué)叫中間相，實(shí)際是液晶產(chǎn)品：針狀焦、MCMB（中間相碳微球）炭質(zhì)中間相的形態(tài) 圖1炭質(zhì)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31 Zimmer JE,

4、 White JL. Disclination structure in carbonaceous mesophase and graphite. Aerospace report, 1976: 1-52 Fitzer E. Carbon fibers and their composites. New York: Springer-Verlag, 19853 Mochida I, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the aid of HF/BF3.

5、Carbon, 1990, 28(2): 311-319萘系即衛(wèi)生球炭質(zhì)中間相形成的“顆粒單元基本構(gòu)筑”理論 炭質(zhì)中間相形成的BGBU過程石墨化(Graphitization)由碳向有序排列的石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。高于2500C。晶體尺度（Crystallite size Lc）：由5nm（碳）增加到100nm以上。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(shí)際上人工炭達(dá)不到0.3354nm石墨化度G: (0.344-d002)/(0.344-0.3354)Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitizationFormation of graph