石墨材料材料加工制备幻灯片PPT
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份反响〔99.99%〕，加热到2500°C以上
天然鳞片石墨的提纯(二〕
物理提纯： 石墨在4500 C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000 C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 外表氧化 外表包覆 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
石墨化机理
l 消除层面内和层面间的缺陷 l 晶体逐渐长大 l 消除穿插键 l ABAB密排构造形成 l 碳环和单原子移动来填充空位和消除位错
间相沥青分子[2]; (c) 萘系中间相沥青分子[3] 萘系即卫生球
[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, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the
各种富碳的有机物 动植物〔木、竹、骨等〕 煤 油 气 树脂
炭化(Carbonization)
原料在复原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成剩余碳和挥发性 化合物，几种反响同时发生：
——脱氢反响，凝聚反响，同素异质转变。 ——热解，热聚〔链变成环〔芳香环〕〕 剩余碳含量与原料种类和热解温度有关 ——90wt%,900 C; 99wt%,1300 C 碳收率(Carbon Yield): 炭化后剩余碳含量与炭化前原料质量之比
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)
Formation of graphitic regularity
Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitization
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 枯燥 包装〔中碳石墨,80-
94%〕
Crystal unit
> 1µm
Flake graphite
<1µm
Microcrystalline graphite 〔晶粒很细〕
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, 1 m0.5mm)。碳在石头里过饱和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价 值
aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319
炭质中间相形成的“颗粒单元根本构筑〞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构造转变。高于2500 C。 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
天然鳞片石墨的提纯
化学提纯： 酸法：在反响釜中与HCl, HF, HCl+HF反响〔一定温度下〕
，再水洗 枯燥 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 枯
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
炭化过程示意图
热聚反响中间相Fra bibliotek液相炭化
原料：沥青、重质油等 通常≤500 ℃进展 出现以缩聚稠环芳香烃构造为主体的液晶状态，即中间相〔
mesophase〕 是一种有序构造，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
天然鳞片石墨的提纯(二〕
物理提纯： 石墨在4500 C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000 C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 外表氧化 外表包覆 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
石墨化机理
l 消除层面内和层面间的缺陷 l 晶体逐渐长大 l 消除穿插键 l ABAB密排构造形成 l 碳环和单原子移动来填充空位和消除位错
间相沥青分子[2]; (c) 萘系中间相沥青分子[3] 萘系即卫生球
[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, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the
各种富碳的有机物 动植物〔木、竹、骨等〕 煤 油 气 树脂
炭化(Carbonization)
原料在复原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成剩余碳和挥发性 化合物，几种反响同时发生：
——脱氢反响，凝聚反响，同素异质转变。 ——热解，热聚〔链变成环〔芳香环〕〕 剩余碳含量与原料种类和热解温度有关 ——90wt%,900 C; 99wt%,1300 C 碳收率(Carbon Yield): 炭化后剩余碳含量与炭化前原料质量之比
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)
Formation of graphitic regularity
Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitization
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 枯燥 包装〔中碳石墨,80-
94%〕
Crystal unit
> 1µm
Flake graphite
<1µm
Microcrystalline graphite 〔晶粒很细〕
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, 1 m0.5mm)。碳在石头里过饱和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价 值
aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319
炭质中间相形成的“颗粒单元根本构筑〞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构造转变。高于2500 C。 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
天然鳞片石墨的提纯
化学提纯： 酸法：在反响釜中与HCl, HF, HCl+HF反响〔一定温度下〕
，再水洗 枯燥 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 枯
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
炭化过程示意图
热聚反响中间相Fra bibliotek液相炭化
原料：沥青、重质油等 通常≤500 ℃进展 出现以缩聚稠环芳香烃构造为主体的液晶状态，即中间相〔
mesophase〕 是一种有序构造，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