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石墨(graphite)是一种矿物名,通常产于变质岩中,是煤或碳质岩石(或沉积物)受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成[1]。石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子,排列方式呈蜂巢式的多个六边形,每层间有微弱的范德华引力。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种软的矿物,不透明且触感油腻,颜色由铁黑到钢铁灰,形状呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体或散布在变质岩中。 化学性质不活泼,具有耐腐蚀性。
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。
1) 耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。
2) 导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。
3)润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
4)化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
5)可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。
6)抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。
1、作耐火材料:石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质,在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚,在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂,冶金炉的内衬。
2.作导电材料:在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极,石墨垫圈、电话零件,电视机显像管的涂层等。
石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料,以煤沥青为粘结剂,经焙烧、配料、混炼、压制、焙烧、石墨化、机械加工制成,是电弧炉中以电弧形式释放电能加热熔化炉料的导体。
石墨电有能够耐受大电流条件的特性,另外,在适当的粗加工设定条件下,含碳元素的钢工件加工时产生的腐蚀物和在工作液的高温下产生的分解物中的碳粒子,由于极性效应的作用,一部分腐蚀物、碳粒子附着在电极表面而形成保护层,粗加工中的石墨电极的损失极小。
石墨材料密度比铜小,相同体积的石墨电极的重量只有铜电极的1/5。 体积大的电极使用石墨材料非常合适,大大减轻了电火花加工机床主轴的负荷,避免了由于重量大导致电极安装不方便、加工过程中出现偏航位移等问题,表明在大型模具加工中使用石墨电极是有意义的。