什么是石墨？石墨

英文名稱：graphite

分子式：C

分子量：12.01

CAS登錄號：7782-42-5

EINECS登錄號：231-955-3

石墨是碳質元素結晶礦物，它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網層間的距離為3.40人，同一網層中碳原子的間距為1．42A。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，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,它們互為同素異形體.

山東省萊西市為我國石墨重要產地之一,石墨探明儲量687.11萬噸，現保有儲量639.93萬噸.

石墨質軟，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（F-Sorb2400比表面積儀BET方法測試），在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。

自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、p2O5、Cu0等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發分和灰分的含量。

石墨的工藝特性主要決定于它的結晶形態。結晶形態不同的石墨礦物，具有不同的工業價值和用途。工業上，根據結晶形態不同，將天然石墨分為三類。

1．致密結晶狀石墨

致密結晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0．1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g（F-Sorb2400比表面積儀BET方法測試），晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構造。這種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為60～65％，有時達80～98％，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。石墨比表面積研究是非常重要的，石墨的比表面積檢測數據只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內目前有很多儀器只能做直接對比法的檢測，現在國內也被淘汰了。目前國內外比表面積測試統一采用多點BET法，國內外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看我國國家標準（GB/T19587-2004）-氣體吸附BET原理測定固態物質比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，并且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。真正完全自動化智能化比表面積測試儀產品，才符合測試儀器行業的國際標準，同類國際產品全部是完全自動化的，人工操作的儀器國外早已經淘汰。真正完全自動化智能化比表面積分析儀產品，將測試人員從重復的機械式操作中解放出來，大大降低了他們的工作強度，培訓簡單，提高了工作效率。真正完全自動化智能化比表面積測定儀產品，大大降低了人為操作導致的誤差，提高測試精度。F-Sorb2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器（兼備直接對比法），更重要的F-Sorb2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。

2．鱗片石墨

鱗片石墨

石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦石的特點是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、可塑性均比其他類型石墨優越；因此它的工業價值最大。

3．隱晶質石墨

隱晶質石墨

隱品質石墨又稱非晶質石墨或土狀石墨，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（F-Sorb2400比表面積儀BET方法測試），是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數高達90％以上。礦石可選性較差。

石墨在工業上運用極廣，幾乎每個行業都會用到。工業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、擠壓石墨，多為電極材料。

其中按石墨的顆粒度分，也可分為：細節構石墨（一般比表面積在10-20m2/g，F-Sorb2400比表面積儀BET方法測試）、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）。

石墨由于其特殊結構，而具有如下特殊性質：

1）耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。

2）導電、導熱性：石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷.

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

4）化學穩定性：石墨在常溫下有良好的化學穩定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

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能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產生裂紋。

名字來源：源于希臘文“graphein”，意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A.G.Werner于1789命名；

化學組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質；

類別：自然元素-非金屬元素-碳族

晶系和空間群：六方晶系，p63/mmm；

晶胞參數:a0=0.246nm，c0=0.670nm；

形態：單晶體常呈片狀或板狀，但完整的很少見。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（F-Sorb2400比表面積儀BET方法測試），

其他性質：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導電性；

鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手；

成因和產狀：石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質礦床，系由富含有機質或碳質的沉積巖經區域變質作用而成；

主要用途：石墨在工業上用途很廣，用于制作冶煉上的高溫坩堝、機械工業的潤滑劑、制作電極和鉛筆芯；廣泛用于冶金工業的高級耐火材料與涂料、特種工業火工材料安定劑、輕工業的鉛筆芯、電氣工業的碳刷、電池工業的電極、化肥工業催化劑等。鱗片石墨經過深加工，又可生產出石墨乳、石墨密封材料與復合材料、石墨制品、石墨減磨添加劑等高新技術產品，成為各個工業部門的重要非金屬礦物原料

石墨新用途：

隨著科學技術的不斷發展，人們對石墨也開發了許多新用途。

柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發的一種新的石墨制品。

年美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，隨后德、日、法也

開始研制生產。這種產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、原子能等工業領域。國際市場需求

量逐年增長。

著名產地：紐約TIconderoga，馬達加斯加和Ceylon，我國以黑龍江雞西市柳毛為最大的產地。

石墨粉里“飛”出金剛石

提起鉆石，人們就會聯想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴價格，大多數人只能望而卻步。盡管如此，人們對鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎？它的化學成分是碳(C)，天然的鉆石是由金剛石經過琢磨后才能稱之謂“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，我國迄今為止發現的最大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因為可做“鉆石“用的天然金剛石很罕見，人們就想“人造“金剛石來代替它，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成分都是碳(C)，稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的物質，而石墨卻是最軟的物質之一。

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獲取金剛石，因為自然界中石墨(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，可使石墨轉變成金剛石。

目前世界上已有十幾個國家（包括我國）均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細，主要用途是做磨料，用于切削和地質、石油的鉆井用的鉆頭。當前，世界金剛石的消費中，80%的人造金剛石主要是用于工業，它的產量也遠遠超過天然金剛石的產量。

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）。現在我國研制的大顆粒金剛石達3mm以上，美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應于市場。

石墨何以能取代銅？

20世紀60年代，銅作為電極材料被廣泛應用，使用率約占90％，石墨僅有10％左右；21世紀，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90％以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經占統治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優勢幾乎消失殆盡。是什么導致了這個戲劇性的變化？當然是石墨電極的諸多優勢。

（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機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勢明顯；銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數僅有銅的1/30。

（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進行放電加工時，能有效降低機床（EDM）的負擔；更適合于在大型模具上的應用。

（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，高溫導致火花油中的C原子被分解出來，轉而在石墨電極的表面形成保護膜，補償了石墨電極的損耗。

（4）沒有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節約了大量成本，同時更容易實現自動化生產；

（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，更容易進行手工的研磨和拋光；

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

正是這種無可比擬的優勢，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料