机械工程材料:碳和石墨材料碳元素有3种异构体﹕一种是无定形碳﹐如木炭﹑焦炭﹑炭黑等﹔另两种是结晶形碳﹐即石墨和金刚石。无定形碳经高温处理可转化为石墨。石墨在催化剂作用和高压﹑高温条件下又可转化为金刚石。
机械
工程材料:
碳
和
石墨
材料
碳元素
有3种异构体﹕一种是无定形碳﹐如
木炭
﹑
焦炭
﹑
炭黑
等﹔另两种是结晶形碳﹐即
石
墨和
金刚石
。无定形碳经高温处理可转化为石墨。石墨在催化剂作用和高压﹑高温条件下又可转化为
金
刚石。这也是
人造石
墨和人造金刚石的
生产
方法。
碳元素的3种异构体﹐其原子的空间排列各不相同。石墨属六方晶系﹐各层面由六角形环构成﹐层面与层面平行﹐呈有序的重叠晶体结构﹔金刚石属立方晶系的四面体结构﹔而无定形碳虽有微晶﹐但没有像石墨那样的有序排列。
分类
在机械工程中经常採用的碳和石墨﹐按组织结构可分为碳质材料和石墨材料。碳质材料是以
石油焦
﹑
沥青焦
为原料。
煤沥青
为黏结剂﹐经过混捏﹑压製成形﹑加
热
碳化而成。石墨按来源可分为
天然石
墨﹑人造石墨(包括特种石墨)两种。天然石墨还有鳞状和土状两种形态。人造石墨是由碳质材料再经2500℃以上高温
石墨化
处理而成。特种石墨是用一般石墨经
热压
加工处理﹐或採用其他有机原料和特殊
工艺
而获得。例如以热固性树脂经特殊
热处理
而成的
玻璃碳
﹔以碳氢化合物在高温下分解﹑沉积而成的热解石墨﹔以鳞状天然石墨经过酸处理﹐然后在高温下高度膨胀而成的柔性石墨﹐以及以合成纤维製成的
碳纤维
和石墨纤维等。
特点和用途
金刚石坚硬耐磨﹐常用作
磨料
﹑切削工具和勘探
钻头
。碳质材料和石墨材料因具有各种不同的优良性能﹐已在机械﹑
电机
﹑
冶金
﹑化工﹑电子﹑航空﹑航天﹑火箭﹑
原子能
等技术领域中广泛应用。一般人造石墨
导电性
好﹑耐热﹐可用於製造
电弧炉
和电火花加工
模具
的电*﹔因润滑耐磨﹐可用於製造
密封圈
﹑刮片﹑高温
轴承
。以热固性树脂浸渗而成的不透性石墨﹐因耐化学
腐蚀
性优良﹐
导热性
好﹐可用於化工设备中的
换热器
﹑
管道
和配件。柔性石墨富於弹性﹐可用於製造高温密封圈﹑
填料
﹑垫片。碳纤维﹑石墨纤维的
强度
很高﹐可用作以树脂﹑
金属
﹑
陶瓷
﹑碳等为基体的复合材料的增强材料。多孔石墨能耐高温﹐耐腐蚀气体和液体的侵蚀﹐可用作高温隔热材料和
过滤
材料。不含
硼
和
稀土
元素的高纯度
核石墨
因不吸收中子﹐能使中子减速而用於原子
反应堆
中。热解石墨由於导热异向比大﹐可用作火箭
喷嘴
的喉衬﹑
核燃料
涂层﹔因定向度高可用於大
功率
发射管的栅*。人造石墨还可用作
铜
﹑
铝
的压铸模和电子元件
烧结
模﹔
碳砖
﹑碳块可用作
炼铁
高炉
﹑
铁合金
大电炉的炉衬﹔用
玻璃
碳可製作旋转密封的辅助面和
激光
技术中的电*等。至於天然石墨﹐因杂质含量大﹐一般只用於製造冶炼用坩堝﹑砂型
涂料
﹐或作为原料﹐经过精製﹐用於液体润滑剂和柔性石墨等。