目錄

l 碳元素

l 碳化合物

l 存在形式

l 性質(zhì)

l 產(chǎn)地分布

l 形態(tài)特性

l 天然石墨分類

l 致密結(jié)晶狀石墨

l 鱗片石墨

l 隱晶質(zhì)石墨

l 特種石墨成型方式

l 石墨特殊性質(zhì)

l 石墨與金剛石

l 石墨熔點比金剛石高

l 石墨的用途

l 石墨新用途

l 石墨輕工業(yè)應用

簡介

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 

碳元素

　　碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質(zhì)很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。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；有無定形碳如煤；有復雜的有機化合物如動植物等；碳酸鹽如大理石等。 單質(zhì)碳的物理和化學性質(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、密度、熔點等。 

性質(zhì)

　　常溫下單質(zhì)碳的化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑；不同高溫下與氧反應，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；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，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3.40Å，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1．42Å。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(zhì)，它們互為同素異形體。 

產(chǎn)地分布

　　成因和產(chǎn)狀：石墨是在高溫下形成。分布zui廣是石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成； 　　中國：山東省萊西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一,石墨探明儲量687.11萬噸，現(xiàn)保有儲量639.93萬噸。 　　世界：產(chǎn)地：紐約Ticonderoga，馬達加斯加和Ceylon，我國以黑龍江雞西市柳毛為zui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，其熔點在3000℃以上，是zui耐溫的礦物之一。 它能導電、導熱。 　　自然界中純凈的石墨是沒有的，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。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。 

天然石墨分類

　　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。 

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。此類石墨結(jié)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，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構(gòu)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。 

鱗片石墨

　　2．鱗片石墨 

石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質(zhì)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。是自然界中可浮性的礦石之一，經(jīng)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*；因此它的工業(yè)價值zui大。 

隱晶質(zhì)石墨

　　3．隱晶質(zhì)石墨 

隱品質(zhì)石墨又稱非晶質(zhì)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(shù)高達90％以上。礦石可選性較差。 

特種石墨成型方式

　　石墨在工業(yè)上運用極廣，幾乎每個行業(yè)都會用到。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、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(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）。 

石墨特殊性質(zhì)

石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)： 　　

1） 耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為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(shù)隨溫度升高而降低，甚至在*的溫度下，石墨成絕熱體。 石墨能夠?qū)щ娛且驗槭忻總€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(shù)越小，潤滑性能越好。 　　

4） 化學穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學穩(wěn)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(jīng)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(chǎn)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(zhì)； 　　類別：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)：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*； 　　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，具有良好的導電性； 　　鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極*解理，有滑感和染手；如果將硫酸銅溶液潤濕的鋅粒放在石墨上，則可析出金屬銅的斑點，在與石墨相似的輝鉬礦上則無此反應。 

石墨與金剛石

　　提起鉆石，人們就會聯(lián)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(shù)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(jīng)過琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常的，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(fā)現(xiàn)的zui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(zhì)”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前zui硬的物質(zhì)，而石墨卻是zui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(zhuǎn)變成金剛石粉末。 　　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(zhì)、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(yè)，它的產(chǎn)量也遠遠超過天然金剛石的產(chǎn)量。 　　zui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zui小不能小于0.1克拉）?，F(xiàn)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。 

石墨熔點比金剛石高

　　金剛石的熔點是3550℃,石墨的熔點是3652℃～3697℃（升華）。石墨熔點高于金剛石。 　　從片層內(nèi)部來看,石墨是原子晶體；從片層之間來看,石墨是分子晶體（總體說來,石墨應該是混合型晶體）；而金剛石是原子晶體。石墨晶體的熔點反而高于金剛石,似乎不可思議,但石墨晶體片層內(nèi)共價鍵的鍵長是1.42×10－10m,金剛石晶體內(nèi)共價鍵的鍵長是1.55×10－10m。同為共價鍵,鍵長越小,鍵越牢固,破壞它也就越難,也就需要提供更多的能量,故而熔點應該更高。 （主要就是石墨的分子晶體屬性導致它的熔點高） 

石墨的用途

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

2、作導電材料：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、零件，電視機顯像管的涂層等。 　　

3、作耐磨潤滑材料：石墨在機械工業(yè)中常作為潤滑劑。潤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速度下，不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運轉(zhuǎn)時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時的良好的潤滑劑。 　　

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

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，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。單晶硅的晶體生長坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應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)和國防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是目前應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨*可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應超過幾十個 PPM 。特別是其中硼含量應少于 0.5PPM 。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件，隔熱材料和防射線材料。 　　

7、石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗表明，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。 　　

9、電極：石墨何以能取代銅做為電極？ 　　20世紀60年代，銅做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(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)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(yōu)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(yōu)勢明顯；銅的軟化點在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??；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(zhuǎn)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(jié)約了大量成本，同時更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)； 　　

（4）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； 　　

（5）材料成本更低，價格更穩(wěn)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(chǎn)品的價格比銅的價格低30％～60％，并且價格更穩(wěn)定，短期價格波動非常小。 　　正是這種*的優(yōu)勢，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的材料. 

石墨新用途

　　石墨新用途： 　　隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)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(fā)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(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。市場需求量逐年增長。 

石墨輕工業(yè)應用

　　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*的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。

3H-2000BET-A型全自動比表面積測試儀,氮吸附比表面積測定儀,BET比表面積分析儀技術(shù)參數(shù)總體概括：

3H-2000BET-A型全自動氮吸附比表面積測試儀是目前國內(nèi)多項測試功能*并且*自動化的儀器,由貝士德儀器科技（北京）有限公司研制生產(chǎn).國內(nèi)使用較廣的為3H-2000系列比表面積測試儀,國內(nèi)擁有大量客戶,08年推出的幾款新品,國內(nèi)擁有多項*的技術(shù),如原位處理.風熱助脫.程控六通閥.檢測器零漂抑制.濃度色譜法檢測等.使得國產(chǎn)動態(tài)色譜法比表面積測試儀器在多項指標方面超越了進口比表面積測試儀.廣泛應用于石墨、電池、稀土、陶瓷、氧化鋁、化工等行業(yè)及高校粉體材料的研發(fā)、生產(chǎn)、分析、監(jiān)測環(huán)節(jié)。

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3H-2000型系列比表面積測試儀儀器的zui早型號為HPDAI-88型動態(tài)吸附儀，依據(jù)國家標準為GB/T 10722-2003（原GB/T 10722-1999），該型號在1988年8月5日通過化工部*鑒定，技術(shù)鑒定證書編號為：【88】化科鑒定第48號。經(jīng)過改進升級后3H-2000型系列比表面積測試儀儀器在2002年12月16日通過國家標準物質(zhì)研究中心的計量檢測，證書編號為：計測字第 2002-（17）-017。2004年推出BET多點法教學用3H-2000II型比表面積測試儀;2005年推出3H-2000III型比表面積測試儀;2008年推出的全自動智能運行的3H-2000A型比表面積測試儀,以及BET原理的BET單點法的3H-2000BET-S型比表面積測試儀,BET多點法的3H-2000BET-A型比表面積測試儀;

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