石墨材料材料加工制备

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, 1um)。 天然鳞片石墨的开采：石墨亲油疏水 采矿粉碎浮选电选重选水洗干燥包装（中碳石墨,80-94%）,Flake graphite,Microcrystalline graphite （晶粒很细）,天然鳞片石墨的提纯,化学提纯

2、： 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、

3、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，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、M

4、CMB（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3,1 Zimmer JE, White JL. Disclination structure in carbonaceous mesophase and graphite. Aerospace report, 1976: 1-5 2 Fitzer E. Carbon fibers and their composites. New York: Springer-Verlag, 1985 3 Mochida I, Shimi

5、zu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the aid of HF/BF3. 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 graphitization,Formation of graphi