石墨

石墨是元素碳的一種同素異形體，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形）以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些電子能夠自由移動(dòng)，因此石墨屬于導(dǎo)電體。 石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤(rùn)滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語(yǔ)為Carbonium，意為“煤，木炭”，漢字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁構(gòu)成，從“炭”字音。



中文名 石墨

英文名 graphite

別 稱(chēng) 石涅、石黑、石螺、石黛、畫(huà)眉石

化學(xué)式 C

分子量 12.01

CAS登錄號(hào) 7782-42-5

EINECS登錄號(hào) 231-955-3

熔 點(diǎn) 3652℃

沸 點(diǎn) 4827℃

水溶性 不溶于水

密 度 2.25g/cmm3

外 觀(guān) 黑色固體

應(yīng) 用 鉛筆芯、耐火材料、導(dǎo)電材料、潤(rùn)滑材料等



發(fā)展歷程



源于希臘文“graphein”，意為“用來(lái)寫(xiě)”。由德國(guó)化學(xué)家和礦物學(xué)家A.G.Werner于1789命名。

早在二十世紀(jì)三十年代，我國(guó)黑龍江雞西柳毛、山東南墅石墨礦就開(kāi)始了石墨的生產(chǎn)加工。當(dāng)時(shí)選礦工藝流程簡(jiǎn)單，工人勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率極低，年產(chǎn)量?jī)H有幾千噸。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)石墨及碳素制品產(chǎn)量快速上升，2004-2011年，石墨及碳素制品產(chǎn)量年復(fù)合增長(zhǎng)率22.12%。2011年，我國(guó)石墨及碳素制品產(chǎn)量為2556.17萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)21.98%。

石墨及碳素制品具備優(yōu)良的性能，應(yīng)用日益廣泛，產(chǎn)能及效益呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。2011年，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)發(fā)展迅速，行業(yè)內(nèi)企業(yè)對(duì)成本費(fèi)用的管理控制能力較高，盈利能力較強(qiáng)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2011年，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1675.64億元;實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入1677.65億元，同比增長(zhǎng)40.58%;實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額109.59億元，同比增長(zhǎng)50.87%。隨著應(yīng)用的不斷推廣，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。

中國(guó)規(guī)模以上石墨及碳素制品企業(yè)較多，集中度低。截至2011年末，中國(guó)規(guī)模以上石墨及碳素制品企業(yè)達(dá)871家，銷(xiāo)售收入排名前十的企業(yè)銷(xiāo)售收入總額僅占全行業(yè)的13.46%。從世界石墨及碳素制品市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，未來(lái)我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)將逐步向大集團(tuán)集中，石墨及碳素制品行業(yè)的集中度將會(huì)進(jìn)一步提高。

隨著我國(guó)冶金、化工、機(jī)械、醫(yī)療器械、核能、汽車(chē)、航空航天等行業(yè)的快速發(fā)展，這些行業(yè)對(duì)石墨及碳素制品的需求將會(huì)不斷增長(zhǎng)，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)將保持快速增長(zhǎng)。根據(jù)《中國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2006-2011年，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)銷(xiāo)售收入年復(fù)合增長(zhǎng)率為36.56%。根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，結(jié)合2006-2011年中國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)銷(xiāo)售收入數(shù)據(jù)及中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)，粗略估計(jì)2012-2015年我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)銷(xiāo)售收入年復(fù)合增長(zhǎng)率為21%，2015年，我國(guó)石墨及碳素制品行業(yè)銷(xiāo)售收入將達(dá)到3400億元。



碳元素

碳是一種很常見(jiàn)的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質(zhì)很早就被人認(rèn)識(shí)和利用，碳的一系列化合物——有機(jī)物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。碳能在化學(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物，在生物上和商業(yè)上是重要的分子。生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有碳元素。



碳化合物

碳化合物一般從化石燃料中獲得，然后再分離并進(jìn)一步合成出各種生產(chǎn)生活所需的產(chǎn)品，如乙烯、塑料等。



存在形式

碳的存在形式是多種多樣的，有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨；有無(wú)定形碳如煤；有復(fù)雜的有機(jī)化合物如動(dòng)植物等；碳酸鹽如大理石等。單質(zhì)碳的物理和化學(xué)性質(zhì)取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同，各有各的外觀(guān)、密度、熔點(diǎn)等。



性質(zhì)特征

常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機(jī)溶劑；不同高溫下與氧反應(yīng)燃燒，生成二氧化碳或一氧化碳；在鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng)；在加熱下，單質(zhì)碳較易被酸氧化；在高溫下，碳還能與許多金屬反應(yīng)，生成金屬碳化物。碳具有還原性，在高溫下可以冶煉金屬。

石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為340pm，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對(duì)分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。

石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。



混合晶體

在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價(jià)鍵，每一個(gè)碳原子以三個(gè)共價(jià)鍵與另外三個(gè)原子相連。六個(gè)碳原子在同一個(gè)平面上形成了正六連連形的環(huán)，伸展成片層結(jié)構(gòu)，這里C-C鍵的鍵長(zhǎng)皆為142pm，這正好屬于原子晶體的鍵長(zhǎng)范圍，因此對(duì)于同一層來(lái)說(shuō)，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道，它們相互重疊。電子比較自由，相當(dāng)于金屬中的自由電子，所以石墨能導(dǎo)熱和導(dǎo)電，這正是金屬晶體特征。因此也歸類(lèi)于金屬晶體。

石墨晶體中層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力結(jié)合起來(lái)的，即層與層之間屬于分子晶體。但是，由于同一平面層上的碳原子間結(jié)合很強(qiáng)，極難破壞，所以石墨的熔點(diǎn)也很高，化學(xué)性質(zhì)也穩(wěn)定。

鑒于它的特殊的成鍵方式，不能單一的認(rèn)為是單晶體或者是多晶體，按現(xiàn)代的表述方式，認(rèn)為石墨是一種混合晶體。



產(chǎn)地分布

成因和產(chǎn)狀：石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機(jī)質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成

中國(guó)：山東省萊西市為我國(guó)石墨重要產(chǎn)地之一，石墨探明儲(chǔ)量687.11萬(wàn)噸，現(xiàn)保有儲(chǔ)量639.93萬(wàn)噸。另外吉林省磐石市也是石墨產(chǎn)地之一，石墨儲(chǔ)量500 萬(wàn)噸。

世界：著名產(chǎn)地：紐約Ticonderoga，馬達(dá)加斯加和Ceylon，我國(guó)以黑龍江雞西市柳毛為最大的產(chǎn)地。



形態(tài)特性

石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。

自然界中沒(méi)有純凈的石墨，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。



同素異形體

石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。



天然石墨

石墨的工藝特性主要決定于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的石墨礦物，具有不同的工業(yè)價(jià)值和用途。工業(yè)上，根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同，將天然石墨分為三類(lèi)。



致密結(jié)晶狀石墨

1．致密結(jié)晶狀石墨

致密結(jié)晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類(lèi)石墨結(jié)晶明顯晶體肉眼可見(jiàn)。顆粒直徑大于0．1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g，晶體排列雜亂無(wú)章，呈致密塊狀構(gòu)造。這種：石墨的特點(diǎn)是品位很高，一般含碳量為60～65%，有時(shí)達(dá)80～98%，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。



鱗片石墨

2．鱗片石墨

石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強(qiáng)度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細(xì)鱗片之分。此類(lèi)石墨礦石的特點(diǎn)是品位不高，一般在2～3%，或10～25%之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過(guò)多磨多選可得高品位石墨精礦。這類(lèi)石墨的可浮性、潤(rùn)滑性、可塑性均比其他類(lèi)型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價(jià)值最大。



隱晶質(zhì)石墨

3．隱晶質(zhì)石墨

隱晶質(zhì)石墨又稱(chēng)微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見(jiàn)到晶形。此類(lèi)石墨的特點(diǎn)是表面呈土狀，缺乏光澤，潤(rùn)滑性比鱗片石墨稍差。品位較高。一般的60～85%。少數(shù)高達(dá)90%以上。一般應(yīng)用于鑄造行業(yè)比較多。主要蘊(yùn)藏在湖南郴州魯塘。隨這石墨提純技術(shù)的提高。土狀石墨應(yīng)用越來(lái)越廣泛。



特種石墨成型方式

石墨在工業(yè)上運(yùn)用極廣，幾乎每個(gè)行業(yè)都會(huì)用到。工業(yè)上多用的是人造石墨，也就是特種石墨。按其成型的方式可分為以下幾種。

1．等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等靜壓。

2．模壓石墨

3．?dāng)D壓石墨，多為電極材料。

其中按石墨的顆粒度分，也可分為：細(xì)節(jié)構(gòu)石墨、中粗石墨（一般的顆粒度在0.8mm左右）、還有就是電極石墨（2-4mm）。



特殊性質(zhì)

石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：

1） 耐高溫性：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。

2） 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過(guò)鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。

3）潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。

4）化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。

5）可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

6）抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

名字來(lái)源：源于希臘文“graphein”，意為“用來(lái)寫(xiě)”。由德國(guó)化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于1789命名

化學(xué)組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質(zhì)

類(lèi)別：自然元素-非金屬元素-碳族



晶體特征

晶系和空間群：六方晶系，P63/mmm

晶胞參數(shù)：a0=0.246nm，c0=0.670nm

典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子成層排列，每個(gè)碳與相鄰的碳之間等距相連，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列，上下相鄰層的碳六方環(huán)通過(guò)平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu)，位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內(nèi)的碳之間的距離大得多（層內(nèi)C-C間距=0.142nm，層間C-C間距=0.340nm）

形態(tài)：?jiǎn)尉w常呈片狀或板狀，但完整的很少見(jiàn)。集合體通常為鱗片狀，塊狀和土狀

顏色：鐵黑色

條痕：光亮黑色

透明度：不透明

光澤：呈半金屬光澤

硬度：1-2

解理和斷口：平行解理極完全

比重：2.21-2.26g/cm3

比表面積：5-10m2/g

其他性質(zhì)：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導(dǎo)電性

鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手；如果將硫酸銅溶液潤(rùn)濕的鋅粒放在石墨上，則可析出金屬銅的斑點(diǎn)，在與石墨相似的輝鉬礦上則無(wú)此反應(yīng)。



石墨與金剛石

提起鉆石，人們就會(huì)聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動(dòng)而光芒四射。但因它的昂貴價(jià)格，大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此，人們對(duì)鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎？它的化學(xué)成分是碳(C)，天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過(guò)琢磨后才能稱(chēng)之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的鉆石只有2粒，400克拉以上的鉆石只有多粒，我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因?yàn)榭勺觥般@石“用的天然金剛石很罕見(jiàn)，人們就想“人造“金剛石來(lái)代替它，這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。

金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C)，稱(chēng)“同素異形體”。從這種稱(chēng)呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的物質(zhì)，而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。

石墨和金剛石的硬度差別如此之大，但人們還是希望能用人工合成方法來(lái)獲取金剛石，因?yàn)樽匀唤缰惺?碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳，不是那么容易的。石墨在5-6萬(wàn)大氣壓（（5-6）×103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑，可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石粉末。

世界上已有十幾個(gè)國(guó)家（包括我國(guó)）均合成出了金剛石。但這種金剛石因?yàn)轭w粒很細(xì)，主要用途是做磨料，用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當(dāng)前，世界金剛石的消費(fèi)中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然金剛石的產(chǎn)量。

最初合成的金剛石顆粒呈黑色，0.5mm大小，重約0.1克拉（用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）。美國(guó)、日本等已制成6.1克拉多的金剛石，我國(guó)人造金剛石企業(yè)黃河旋風(fēng)公司實(shí)驗(yàn)室生成的大顆粒金剛石達(dá)8mm，表明了我國(guó)在該領(lǐng)域研究居前沿地位。我們說(shuō)金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級(jí)的人造金剛石也會(huì)在不久的將來(lái)供應(yīng)于市場(chǎng)。



石墨熔點(diǎn)

金剛石的熔點(diǎn)是3823K,石墨的熔點(diǎn)是3773K。石墨熔點(diǎn)低于金剛石。

比較石墨和金剛石的熔點(diǎn)不能單純地從鍵能的方面予以考慮，如果忽視掉熔化時(shí)斷裂鍵的個(gè)數(shù)，那么得到的數(shù)據(jù)也不可取。



主要用途

傳統(tǒng)用途

1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來(lái)制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑，冶金爐的內(nèi)襯。

2．作導(dǎo)電材料：在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話(huà)零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。

3．作耐磨潤(rùn)滑材料：石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。

4．石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門(mén)，可節(jié)省大量的金屬材料。

不透性石墨的品種因所含樹(shù)脂不同，耐蝕性也有差異。如酚醛樹(shù)脂浸漬者耐酸，但不耐堿；糠醇樹(shù)脂浸漬者既耐酸，又耐堿。不同品種的耐熱性也有差異：碳和石墨在還原性氣氛中可耐2000~3000℃，在氧化氣氛中分別在350℃和400℃開(kāi)始氧化；不透性石墨品種隨浸漬劑而異，一般由酚醛或糠醇浸漬者耐熱在180℃以下。

5．作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料：由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。

6、用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿(mǎn)足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè)PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線(xiàn)材料。

7．石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5 克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。

8．石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過(guò)特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門(mén)。

9．電極：石墨何以能取代銅做為電極？

20世紀(jì)60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90%，石墨僅有10%左右；21世紀(jì)，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過(guò)90%以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)勢(shì)幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢(shì)。



（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍

材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢(shì)明顯；銅的軟化點(diǎn)在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。

（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有效降低機(jī)床（EDM）的負(fù)擔(dān)；更適合于在大型模具上的應(yīng)用。

（3）放電消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放電加工時(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來(lái)，轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗。

（4）沒(méi)有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒(méi)有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

（5）石墨更容易研磨和拋光；由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進(jìn)行手工的研磨和拋光。

（6）材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定；由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價(jià)格比銅的價(jià)格低30%～60%，并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動(dòng)非常小。

正是這種無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。



新用途

石墨新用途：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開(kāi)發(fā)了許多新用途。

柔性石墨制品。柔性石墨又稱(chēng)膨脹石墨，是年代開(kāi)發(fā)的一種新的石墨制品。

年美國(guó)研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門(mén)泄漏問(wèn)題，隨后德、日、法也開(kāi)始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。

因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)需求量逐年增長(zhǎng)。

輕工業(yè)應(yīng)用

此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它做為汽車(chē)電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。



進(jìn)出口差價(jià)

主要出口的鱗片石墨精粉，價(jià)格最低還不到3000元/噸；進(jìn)口的一些負(fù)極材料，可以達(dá)到10萬(wàn)~20萬(wàn)元/噸；而一些氟化石墨產(chǎn)品，能達(dá)到30萬(wàn)~50萬(wàn)元/噸。”奧宇石墨集團(tuán)總經(jīng)理王慶海介紹道。

值得注意的是，石墨初級(jí)產(chǎn)品加工成高端產(chǎn)品后，不可避免會(huì)形成原材料的損失。以國(guó)外天然石墨粉做成的負(fù)極材料為例，國(guó)內(nèi)石墨專(zhuān)家、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授袁國(guó)輝介紹，這類(lèi)產(chǎn)品的損失比例在80%左右，即1公斤天然石墨可以做成0.8公斤負(fù)極材料。不過(guò)，即便考慮20%的原材料損失率，出口產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品的價(jià)差空間仍十分驚人。