石墨材料材料加工制备课件

1、第一章 碳材料的制备天然碳材料天然石墨的类型提纯改性人工碳材料原料碳化（气、液、固）中间相石墨化天然石墨的种类晶质石墨：致密晶质石墨(Vein, 0.5mm)，鳞片石墨 (Flake, 1m-0.5mm)。碳在石头里过饱和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价值隐晶质石墨：土状石墨(Amorphous, microcrystalline, 1m 1m Flake graphiteMicrocrystalline graphite（晶粒很细）天然鳞片石墨的提纯化学提纯：酸法：在反应釜中与HCl, HF, HCl+HF反应（一定温度下），再水洗干燥筛分包装(99.8%)HF是一个祸害，对环境污

2、染很厉害，对人危害也很大，剧毒碱法：中碳石墨熔融烧碱水洗盐酸中和水洗干燥筛分包装(99.9%)高温提纯：卤素气体，高温下通入卤素气体与石墨中的灰份反应（99.99%），加热到2500C以上天然鳞片石墨的提纯(二）物理提纯：石墨在4500C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000C以上，低沸点灰份蒸发去(99%)天然石墨的改性粉体颗粒改性球形化表面氧化表面包覆插层人工炭材料碳黑用作橡胶的增强剂人工炭材料的原料各种富碳的有机物动植物（木、竹、骨等）煤油气树脂炭化(Carbonization)原料在还原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成残余碳和挥发性化合物，几种反应同时发生： 脱氢反应，凝聚反应，

3、同素异质转变。 热解，热聚（链变成环（芳香环）残余碳含量与原料种类和热解温度有关90wt%,900C; 99wt%,1300C碳收率(Carbon Yield): 炭化后残余碳含量与炭化前原料质量之比 炭化过程示意图中间相热聚反应液相炭化原料：沥青、重质油等通常500 进行出现以缩聚稠环芳香烃结构为主体的液晶状态，即中间相（mesophase）是一种有序结构，炭化学叫中间相，实际是液晶产品：针状焦、MCMB（中间相碳微球）炭质中间相的形态 图1炭质中间相的典型聚芳烃分子模型. (a) 煤系中间相沥青分子1; (b) 石油系中间相沥青分子2; (c) 萘系中间相沥青分子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萘系即卫生球炭质中间相形成的“颗粒单元基本构筑”理论 炭质中间相形成的BGBU过程石墨化(Graphitization)由碳向有序排列的石墨结构转变。高于2500C。晶体尺度（Crystallite size Lc）：由5nm（碳）增加到100nm以上。面间距(Interlayer spacing d)：由0.344nm以上（未完全石墨化）降到0.3354nm（理想单晶石墨）。实际上人工炭达不到0.3354nm石墨化度G: (0.344-d002)/(0.344-0.3354)Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitizationFormation of graph