炭素材料的制备原料资料
炭素材料-chapter7.
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力学性质
蠕变特性
弹性体的应力—应变关系在弹性极限范围内呈线性关
系，而且对交变应力是可逆的。
炭材料与弹性体不同，若外力作用时间很长，即使应力 值在弹性极限范围以内，也会发生塑性变形并产生残余变
形，即蠕变。炭(石墨)材料的蠕变具有下列特点：
– 蠕变的各向异性与时间效应。 – 蠕变的温度效应与应力效应。
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炭材料的电磁性质
炭材料的电磁性质
导电性与电阻率
各向异性 与石墨化度的关系 与温度的关系 2制约因素
磁性
都属于抗磁质，磁化率为负
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炭材料的化学性质
炭材料的化学性质
碳是化学稳定性极好的物质，在常温和普通环境下使 用，几乎呈化学惰性。但是在某些特定条件下，也会和其它 物质发生反应，主要反应有：
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力学性质
摩擦特性 石墨材料在受到摩擦力作用时表现出两个特性： 1)石墨晶体容易沿晶体层面剥离； 2)石墨对各种材料表面的附着性良好。 因此，石墨材料应用在摩擦面上时会形成一层极薄的石墨 晶体膜，它既耐磨又具有自润滑性，摩擦系数小。 另一方面，石墨的导热性好，摩擦面上产生的热能能迅速传 出，加以石墨的强度随温度上升而提高，所以滑动速度对摩 损率和摩擦系数的影响很小。
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炭素材料的性质
气体渗透率
多数炭材料都有实际可测出的气孔，当材料的两侧面存在 一定的压差时气体可以透过炭材科。气体渗透率大小，不仅 直接关系炭材料的气密性，而且还对化学稳定性等产生明显 影响。
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力学性质
力学性质
碳素的原材料
碳素的原材料
碳素是一种非常重要的材料，它在现代工业中有着广泛的应用。
碳素的原材料
主要来自于煤炭、石油和天然气，这些都是地球上丰富的化石燃料资源。
在这些原材料的基础上，通过一系列的化学和物理过程，可以生产出各种碳素材料，如石墨、金刚石、碳纤维等。
煤炭是碳素的重要原材料之一。
煤炭是一种含碳量很高的矿石，其中还含有少
量的氢、氧、氮等元素。
通过高温热解或氧化还原反应，可以将煤炭中的有机物质分解成碳素和其他气体。
这些碳素可以用于生产石墨、活性炭等材料。
另外，石油和天然气也是碳素的重要原材料。
石油中的烃类化合物可以通过裂
化和重整等工艺，得到丰富的碳素资源。
而天然气中的甲烷等气体也可以通过催化剂的作用，转化成碳素材料。
这些碳素材料可以用于制备碳纤维、聚苯乙烯等高分子材料，具有重要的工业应用价值。
除了化石燃料，植物也是碳素的重要来源。
植物通过光合作用，将二氧化碳转
化成有机物质，其中就包括碳素。
植物的纤维素、木质素等成分，可以通过化学处理和热解过程，得到生物质炭和木炭等碳素材料。
这些生物质碳素材料具有环保、可再生的特点，是一种重要的可持续发展资源。
总的来说，碳素的原材料主要来自于煤炭、石油、天然气和植物等资源。
这些
原材料经过一系列的加工和转化过程，可以得到各种碳素材料，满足工业生产和人们生活的需求。
随着科学技术的不断发展，碳素材料的应用范围将会越来越广泛，对于资源的合理利用和环境保护也提出了新的挑战。
因此，我们应该更加重视碳素的原材料来源，积极开发和利用新的碳素资源，推动碳素材料产业的可持续发展。
碳素的原材料
碳素的原材料碳素是一种非常重要的化学元素，它在自然界中存在于各种形式的物质中，包括矿石、有机物和生物体。
作为一种重要的工业原材料，碳素的来源多种多样，下面我们就来了解一下碳素的原材料。
首先，我们来谈谈煤炭。
煤炭是一种天然的含碳化合物，是碳素的重要来源之一。
在煤矿中，我们可以开采到各种不同类型的煤炭，包括石煤、烟煤和褐煤等。
这些煤炭中含有丰富的碳元素，可以通过加工和提炼得到碳素原料。
其次，石墨也是一种重要的碳素原材料。
石墨是一种形成于地壳深部的矿物，它的主要成分就是碳。
石墨具有良好的导电性和润滑性，因此在工业生产中有着广泛的应用。
除此之外，石墨还可以用于制造铅笔芯、电池、涂料和润滑剂等产品。
另外，石墨烯也是碳素的重要来源。
石墨烯是由碳原子通过特殊的结构形成的一种二维材料，具有极好的导电性和机械性能。
石墨烯的发现被认为是一项重大的科学突破，它在电子、光电子、生物医药等领域都有着广泛的应用前景。
此外，有机物也是碳素的重要来源之一。
有机物是一类碳基化合物，包括石油、天然气、生物质等。
这些有机物中含有丰富的碳元素，可以通过化工加工得到碳素原材料，用于制造塑料、橡胶、合成纤维等产品。
最后，生物体也是碳素的重要来源。
植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，其中就包括碳素。
而动物通过食物链摄入植物，也能获取到碳素。
因此，生物体在一定程度上也是碳素的储存库和供给源。
综上所述，碳素的原材料包括煤炭、石墨、石墨烯、有机物和生物体等。
这些原材料在工业生产和科学研究中都有着重要的作用，它们为碳素的应用提供了丰富的资源基础。
随着科技的不断发展和进步，相信碳素的应用领域将会更加广泛，对人类社会的发展产生更大的影响。
碳素材料的合成与应用
碳素材料的合成与应用碳素材料是一种重要的材料，在现代工业中有着广泛的应用。
它的化学元素是碳，具有很高的稳定性、导电性和耐高温性等优点。
碳素材料可以通过不同的合成方式得到，例如物理气相沉积法、化学气相沉积法和化学氧化剂法等。
1. 物理气相沉积法物理气相沉积法是通过高温热解碳源气体来形成碳素材料。
碳源气体可以是甲烷、乙烷等烷烃，也可以是苯等芳香烃。
在高温下，碳源气体会发生裂解反应，生成碳化氢。
随后，碳化氢会在反应器中进行氧化反应，最终形成碳素材料。
物理气相沉积法合成的碳素材料具有高纯度和高晶度等特点，适用于微电子学、纳米技术和生物医学等领域。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过化学反应来合成碳素材料。
常用的碳源气体是甲苯、苯、乙炔等。
通过控制反应环境中的温度、压力、反应物浓度和反应时间等参数，可以得到不同形态的碳素材料，例如纳米管、纳米球和纳米线等。
化学气相沉积法合成的碳素材料具有良好的可控性和可重复性，适用于电化学储能、光电子学和传感器等领域。
3. 化学氧化剂法化学氧化剂法是利用氧化剂和碳源反应来合成碳素材料。
常用的氧化剂是硝酸、过硫酸和氯酸等。
碳源可以是石墨、金刚石和碳纤维等。
在化学氧化剂的作用下，碳素材料会发生氧化反应，形成氧化碳素材料。
随后，通过还原反应可以将氧化碳素材料还原成碳素材料。
化学氧化剂法合成的碳素材料具有较高的比表面积和较好的电化学性能，适用于超级电容器、催化剂和锂电池等领域。
碳素材料具有广泛的应用，例如电子器件、催化剂、电池、传感器和复合材料等。
其中，碳纳米管、石墨烯和全碳纳米管等碳素材料在新能源、集成电路、生物医学和环境保护等领域有着重要的应用前景。
总之，碳素材料的合成与应用是一个重要的研究领域，不同的碳素材料合成方法和应用领域之间相互交叉，具有广阔的研究前景。
炭素的生产工艺
炭素的生产工艺炭素是一种非常重要的材料，被广泛应用于工业生产和科学研究中。
炭素的生产工艺有多种，其中最常用的包括石油焦、木材焦和煤焦的加热分解法。
其中，石油焦是石油炼制过程中产生的副产品，在生产过程中会经过高温煅烧、粉碎和筛分等步骤，最终得到石油焦。
石油焦具有高炭含量，纯净度高，是一种高质量的炭素材料。
它广泛应用于钢铁、化工、电子等行业的生产中，如制造石墨电极、铁合金、硅锰合金等。
木材焦的生产工艺相对简单。
首先，将木材放入焦炉中进行热解，生成焦油和木醋液。
然后，通过蒸馏的方法将焦油中的水和杂质去除，得到质量较好的焦油。
最后，将焦油进行加热裂解，得到木材焦。
木材焦用途广泛，主要用于制造活性炭、防腐剂和其他高附加值产品。
煤焦是从煤炭中提取的一种炭素材料。
煤焦的生产工艺相对复杂。
首先，将煤炭进行选矿和破碎，得到煤料。
然后，将煤料放入焦炉中进行加热分解，生成焦炭。
在焦炭的生产过程中，还会产生焦炉气和焦炉渣。
焦炉气可以用于燃烧或作为化工原料，而焦炉渣可以作为建材或肥料使用。
煤焦广泛应用于铁钢、铸造、化工等领域，如制造铁合金、硅锰合金、人造石墨、金属钢化剂等。
除了以上几种工艺外，还有其他一些生产炭素的方法，如电弧炉法、纤维素焦的加热分解法等。
这些方法根据生产需求和原料的不同，选择合适的工艺进行生产。
炭素的生产工艺中，有一些问题需要注意。
首先，需要保证生产过程的安全和环保性，导致的较严重的污染和事故，不仅会影响工人的身体健康，也会对环境造成一定的破坏。
其次，需要控制生产工艺中的温度、压力等参数，以获得所需的质量和性能。
此外，生产过程中还需要考虑能源消耗和原料储备的问题。
总的来说，炭素的生产工艺有多种，可以根据具体的需求选择合适的工艺。
随着技术的进步和需求的不断增加，炭素的生产工艺也在不断改进和创新，以提高生产效率和质量，满足广大用户的需求。
炭素生产原料
2炭素生产用原资料生产炭和石墨资料的原料都是炭素原料。
因为根源和生产工艺的不一样，其化学结构、形态特色及理化性能均存在很大差异。
依据物态来分类，它们能够分为固体原料（即骨料）和液体原料（即粘结剂和浸渍剂）。
此中，固体原料按其无机杂质含量的多少又能够分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1％，比如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10％左右，如冶金焦、无烟煤等。
别的，生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
因为各样原料的作用和使用范围不一样，对它们也有不一样的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为协助资料。
2.1 固体原料（骨料）骨料的种类、制造方法及主要特色和用途概括于表2-1。
表 2-1 骨料的种类、制法及主要特色和用途骨料种类制造方法主要特色及用途石油焦石油重质油轻延缓焦化而制得。
灰分较低 ,石墨化性能好 ,热膨胀系数小 ,用于制造人造石墨制品等。
沥青焦比石油焦易于获取密度高而各向异沥青焦煤沥青用延缓焦化法或炉室法制得。
性小的制品。
石墨化性能较差。
用于制造石墨电极、石墨阳极、炭电阻棒、阳极糊等。
石油重质油或煤沥青脱除杂质及原生QI 各向异性显然，石墨化性能最好、热膨胀系针状焦数小。
用于制造超高功率石墨电极或高功率后，经延缓焦化而制得。
石墨电极。
机械强度较高，但灰分也较高。
用于生产炭冶金焦煤在炼焦炉中经高温干馏而制得。
电极、炭块、电极糊等，又是焙烧炉的填补料和石墨化炉的电阻料。
石墨化冶金焦冶金焦经石墨化制得。
导热和导电性优于冶金焦。
在生产炭块、电极糊时少许加入，以提升导热、导电性。
硬沥青焦天然硬沥青经焦化而制得。
球状，硬度、强度高，各向同性。
用于制造密度各向同性石墨。
无烟煤天然矿物，经开采。
组织致密、气孔少，耐磨、耐蚀性好。
用于制造炭块，电极糊，填缝及粘结炭糊等。
抗氧化性、耐热性、耐碱性好，导电、导热天然石墨天然矿物，经开采。
性优秀，有自润滑性。
用于制造电炭产品、机械用炭制品，不透性石墨、膨胀石墨等。
第五章-炭素材料的配料工艺-《炭素材料》教学课件
小颗粒（粉料）的作用是填充颗粒间的空隙，在一定范围内增加小颗粒粉料的用量， 可以提高产品的密度和机械强度，减少气孔，产品加工后表面比较光洁。粉料一般 在配料中占40～70%。但粉料用量过多会走向反面，特别是在焙烧和石墨化热处理 中会产生大量裂纹废品，并且粉料增多导致粘结剂用量增大，反而会降低制品机械 强度和提高制品气孔率。
5.4.2 实际配方中颗粒粒级配比及大颗粒尺寸的确定
1）各种粒级在配方中的作用
炭和石墨制品的配料除选择原料配比外，还要确定粒度组成，即用不同尺寸的大颗粒、 中颗粒和小颗粒（细粉）配合起来使用，目的是使制品能有较高的堆积密度和较小的 气孔率。一般，大颗粒和细粉占较大的比例，而中间颗粒占较少比例。
大颗粒在坯体结构中起骨架作用，适当增加大颗粒的尺寸和提高大颗粒的使用比例， 可以提高产品的抗氧化性能和抗热震性能，减少压型和焙烧工序的裂纹废品；但另 一方面会提高产品的气孔率，降低制品密度和机械强度，加工后产品表面粗糙。
（1）产品配方的粒度组成 成品配方的粒度组成较粗，即粉 料用量较少，大颗粒用量较多，且 大颗粒尺寸较大时，粘结剂用量相 对减少。反之，粒度组成较细的配 方，粘结剂用量必须适当增加，所 以小规格制品要比大规格制品的粘 结剂用量多一些。 （2）物料颗粒性质 粘结剂用量和固体原料的颗粒表面性质有关，无烟 煤表面光滑，气孔较少，对粘结剂吸附性较差，所 以，采用无烟煤为主要原料的炭块、电极糊等制品 的粘结剂用量要少一些，石油焦、沥青焦等为多孔 结构，比表面积大，对粘结剂吸附性能大，所以用 石油焦或沥青焦为原料的制品在一般情况下粘结剂 用量要相对多些。
2）粘结剂用量对生 制品及焙烧制品性能的 影响
每一种使用不同原料、 不同颗粒组成的配方的制 品有一个最佳的粘结剂比 例。粘结剂用量过多或过 少都会影响产品的物理化 学性能。首先表现在成型 工序，当粘结剂用量过少 时，糊料的塑性差，挤压 或模压成型时需提高成型 压力，而且产生裂纹废品 的可能性增加。粘结剂用 量较多时，糊料塑性好， 成型压力较低，成型的成 品率也高一些。但过多的 粘结剂会使生制品挤出或 脱模后容易变形。
碳素工艺配方
碳素工艺配方配料工艺基础(principle of proportion)生产各类炭素制品时固体原料的选择及其组成比例的确定、混合料粒度组成的确定、黏结剂的选择和确定比例、添加剂的选择等。
配料是炭素制品生产过程中的重要工序，各类炭素制品配料方的编制及配料操作的正确性、稳定性对最终产品的物理化学性能和各工序的成品率都有明显影响。
原料的选择不同的炭素制品对原料有不同的要求。
(1)石墨电极分为普通功率石墨电极、高功率石墨电极和超高功率石C墨电极等3个品种，生产不同品种的石墨电极应该使用不同质量标准的石油焦，如生产普通功率石墨电极时对石油焦的要求侧重于灰分的高低及制品石墨化后电阻率的大小，而高功率和超高功率石墨电极不仅要求电阻率小、机械强度高，而且石油焦在石墨化后的热膨胀系数要低，抗氧化性能和抗热震性能要好。
生产超高功率石墨电极—定要使用含硫量较低、热膨胀系数特别低的针状焦，20世纪末中国炭素厂生产高功率及超高功率石墨电极主要使用进口的针状焦，既有石油系针状焦也有沥青系针状焦。
两类针状焦可比较如下：石油系针状焦的价格比沥青针状焦高10％～20％；石油系针状焦的成型性能比较好，挤压成型成品率比较高；石油系针状焦生产的石墨电极的电阻率和热膨胀系数略高于沥青针状焦生产的石墨电极；沥青针状焦含氮量稍高，石墨化过程中气胀较大，—般认为沥青系针状焦不适合生产特大规格的超高功率石墨电极。
中国炭素厂长期以来在生产普通功率石墨电极的配方中加入20％～30％的沥青焦，目的是为了提高产品的机械强度，世界上除俄罗斯等少数国家外，—般生产石墨电极都不使用沥青焦，因为沥青焦经过同样的石墨化高温处理后，真密度较低，电阻率较高，而且在石墨化过程中热膨胀系数比较大。
(2)生产铝用预焙阳极或阳极糊的原料是石油焦或沥青焦，其质量标准基本套用生产普通功率石墨电极的原料质量，含硫量还可以再放宽—点。
(3)生产高纯石墨制品的原料也是以石油焦为主，要求原料的灰分尽可能低，如低于0.15％。
素炭作方法
素炭制作方法一、素炭简介素炭，又称木炭，是一种由木材经过干馏或半干馏而制成的炭素材料。
它具有比表面积大、孔结构丰富、化学稳定性好等特点，因此在工业、农业、环保等领域有广泛的应用。
素炭可以用于制备各种炭黑、活性炭、电极材料等，同时也是一种优良的吸附剂和催化剂载体。
随着环境保护意识的提高，素炭作为一种可再生、环保的资源，其应用前景越来越广阔。
二、素炭制作方法1.干馏法干馏法是将木材在隔绝空气的条件下进行高温加热，使其分解生成木炭、木煤气和木焦油等产物的过程。
干馏法可以分为内热式干馏和外热式干馏两种。
内热式干馏是以木材的废料为燃料，通过燃烧产生的热量来加热木材，而外热式干馏则是以外部的热源来加热木材。
干馏法生产的素炭具有较高的品质和附加值，但生产过程中需要消耗大量的能源，且会产生一定的污染物。
2.气体热解法气体热解法是以可燃性气体为热解原料，在一定的温度和压力下，通过热解反应将气体转化为炭黑产品的过程。
该方法可以生产出高品质的炭黑产品，且具有较低的能耗和污染排放。
气体热解法可以分为间歇式、连续式和半连续式三种。
在间歇式生产中，原料气是在反应器中加热至一定温度后进行反应；在连续式生产中，原料气则是通过加热器连续加热至反应温度；而在半连续式生产中，部分原料气是通过外部加热器加热至反应温度的。
3.化学气相沉积法化学气相沉积法是以含碳气体为原料，在一定的温度和压力下，通过化学反应生成炭黑的过程。
该方法可以生产出高品质的炭黑产品，且具有较高的生产效率和灵活性。
化学气相沉积法可以分为一步法、两步法和三步法等。
一步法是将原料气直接引入反应器中，在反应器中同时完成分解和沉积过程；两步法则是在两个不同的反应器中分别完成分解和沉积过程；三步法则是在三个不同的反应器中分别完成预热、分解和沉积过程。
三、素炭的应用1.工业领域素炭在工业领域中有广泛的应用，如制备各种炭黑、活性炭、电极材料等。
素炭还可以作为吸附剂用于气体和液体的净化、脱硫脱硝等环保领域。
炭素知识
炭素知识问答1、炭素生产在国民经济中有何意义？炭素材料是指选用有机炭质物料或石墨作主要固体原料，辅以其他原料，经过特定的生产工艺过程而制得的无机非金属材料。
远古时代，我们的祖先就知道用炭火取暖和烧熟食物。
在原始公社时期，我们的祖先就能用炭黑作彩陶的黑色颜料和精致黑陶配料。
在我国商朝以前人类发明了可以用炭炼铜炼铁的技术。
后来，又能用天然石墨与粘土混合制作熔炼金属的钳埚。
后汉时代，我国已能用烟制墨。
到了唐朝，已用木炭制火药，用骨炭做解毒内服药。
从比较粗糙的炭素材料应用于工业中到现代高质量的炭素材料问世，在世界上只有100多年的历史，在我国也只有30多年的历史。
但炭素材料发展迅速，品种很多、其综合性能优异，应用范围相当广泛。
目前己普遍应用到冶金、化工、电子、机械、电工、交通运输、航空宇航、原子能、生物工程等部门。
如原子能核反应堆中采用炭素材料作中子减速和核燃烧的表面涂层；在宇航领域，炭素材料可用于人造卫星的天线，航天飞机的机壳以及火箭发动机喷管喉衬等部件；在医疗方面，炭素材料可作为人体生理补缀材料，如齿根，人工心脏瓣膜和人造关节等。
特别是近30年来，科学技术的进步，促进了炭素材料工业发展，涌现出许多新兴炭素材料，原有炭素材料的质量和性能也有了很大的提高。
由于炭素材料质量轻，具有导电传热、高温强度高，耐热性、抗热震性、耐腐蚀性、润滑性能好等优点，它已成为国民经济发展中不可缺少的工程结构材料、高温材料、导电材料、抗磨材料和功能材料，对于某些用途来说，炭素材料是其他材料不可替代的。
2、炭素材料分哪几种？按照国家标准GB1429—78炭素材料分为四类：（1）、炭制品类：包括铝用电解炭块、电炉炭块、高炉炭块、自焙炭块、炭电极、炭阳极和炭电阻棒。
（2）、石墨制品类：包括普通石墨电极、特制石墨电极、高功率石墨电极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。
（3）、炭糊类：包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。
（4）、特种石墨类：包括核石墨、细结构石墨和高纯石墨。
炭素材料分类
炭素材料分类
炭素材料可以分为以下几类：
1、石墨制品：以天然鳞片石墨为主要原料，用鳞片石墨经化学提纯加工制成的高纯石墨，称为高纯石墨或超纯石墨。
它是一种良好的非金属材料，主要用于制备石墨电极、石墨化工机械、机械密封材料、石墨高炉等。
2、炭块：以煤沥青为主要原料，在高温下加热成型后冷却制成的块状固体材料。
主要用于炼铁高炉的炉衬、炉喉、炉缸等部位。
3、炭电极：以石油焦、沥青焦为主要原料，并添加沥青、酚醛树脂等粘结剂经过成型、焙烧、石墨化等工序制成的电极产品。
主要应用于直流电弧炉或矿热电炉炼铁，同时也可作为铝、锌、铜等有色金属电解槽的阴极材料。
4、炭糊类：以石油焦、沥青焦为主要原料，并添加粘结剂混合后成浆，经过加热、固化而成的糊状固体材料。
主要用于制备各种类型的导电糊和石墨化糊。
5、特种石墨制品：采用优质高纯度石墨，经过精密加工制成的具有特殊性能的石墨制品。
主要用于制造高纯度石墨坩埚、石墨管材、石墨热交换器等。
此外，炭素材料还可以按照生产工艺分为炭砖类、炭块类、炭糊类和石墨制品类等；按照用途可以分为炼钢用炭素材料、炼铁用炭素材料、有色金属用炭素材料和电化学用炭素材料等。
炭素材料
碳与炭的区别
• “炭”是古已有的汉字，早见于后汉“说文解字中”，在 “碳“字出现之前，不管是天然炭（煤炭）还是人造炭（木 炭、煤炭）都用的是“炭”字。“碳”字则是在上世纪30年 代，随着近代自然科学发展，特别是化学元素的发现和发展 才在我国出现的，当时民国政府教育部在“化学命名原则” 中，明确将元素周期表中原子序数第6号的“C”命名为非金 属类中的“碳”。
安 德 烈 · 盖 姆
2015-5-27
康斯坦丁·诺沃肖罗夫
10
THE NOBEL PRIZE IN PHYSICS 2 010
INFORMATION FOR THE PUBLIC
A thin flake of ordinary carbon, just one atom thick, lies behind this year’s Nobel Prize in Physics. Andre Geim and Konstantin Novoselov have shown that carbon in such a flat form has exceptional properties that originate from the remarkable world of quantum physics.
1999 年, 提出实验方法, 但是没有做成功: X. K. Lu, M. F. Yu, H. Huang, and R. S. Ruoff, Tailoring Graphite with the Goal of Achieving Single Sheets, Nanotechnology, 10, 269-272, 1999
2015-5-27 21
怀疑精神
主线: 理论到实验的历程 2004年, 用该方法, 得到稳定的石墨烯片: K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V.
碳素的生产工艺
碳素的生产工艺碳素是一种非常重要的材料，具有许多重要的应用领域，如电子器件、能源储存和汽车制造等。
碳素的生产工艺主要有两种，即碳化剂法和石墨化工法。
碳化剂法是碳素生产中比较传统的工艺，它是通过将含碳材料与碳化剂进行反应制得碳素。
其中，常用的碳化剂有焦炭、木炭和石墨等。
碳化剂法的基本原理是在高温条件下，碳化剂与含碳原料接触反应，生成碳素。
碳化剂法的主要步骤包括原料预处理、反应炉内反应和后处理等。
首先，需将原料进行预处理，将其破碎、除杂，以提高反应效率。
然后，将预处理后的原料与碳化剂放入反应炉中进行反应，一般反应温度在1500-2000℃之间。
在反应过程中，碳化剂与原料中的碳发生反应，形成碳素。
最后，将产生的碳素进行热处理，去除其中的残留杂质，得到纯净的碳素材料。
另一种常用的碳素生产工艺是石墨化工法。
石墨化工法是以天然石墨为原料，通过高温处理和化学反应制得碳素材料。
石墨化工法的主要原理是在高温条件下，原料中的有机物发生热解反应，生成碳素。
石墨化工法的主要步骤包括粉碎、热解和制品处理等。
首先，需要将天然石墨进行粉碎，得到细小的石墨粉末。
然后，将石墨粉末放入高温炉中进行热解，一般热解温度在2000-3000℃之间。
在热解过程中，石墨粉末中的有机物发生热解反应，生成碳素。
最后，将产生的碳素进行制品处理，例如加压烧结，得到所需的碳素制品。
无论是碳化剂法还是石墨化工法，碳素的生产工艺都需要高温条件和一定的化学反应。
这些工艺在碳素产业中得到广泛应用，为碳素材料的生产提供了基础和保障。
随着科技的不断进步和需求的增加，碳素生产工艺也将不断改进和创新，以提高碳素制品的质量和产量，满足各个领域的需求。
《煤化工工艺学》——煤的炭素制品
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
-4-
2019年12月25日星期三
炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
-23- 2019年12月25日星期三
8.3 活性炭
1.活性炭 2.活性炭的结构 3.活性碳的分类 4.活性碳的用途
-24- 2019年12月25日星期三
活性炭是由无定形炭构成的黑色多孔性固体，具
有极高的比表面积。活性炭不论用作吸附剂还是催化
剂载体，最基本的要求是具有良好的吸附性能和较高
的机械强度。
量来确定。为了提高产品的力学性能，预氧化时原丝
采用引力牵伸。为了防止过度牵伸造成裂纹和空隙，
常用多段牵伸法。
-21- 2019年12月25日星期三
炭化需在高纯度惰性气氛下进行，温度为1000-
1800℃左右，生成含碳量95％的炭纤维。在700℃以
前的低温区，未反应的PAN进一步环化，分子脱水脱
氢交联；在大于700℃的高温区，分子链间的交联和
-8-
2019年12月25日星期三
8.2 生产原理和工艺过程
以有机物为原料制成各种炭素材料必须经过炭化
过程。高温加热时,有机物的氢、氧、氮等元素被分
解,碳原子不断环化、芳构化。随温度升高,碳进一步
缩聚成稠环芳烃和碳网平面并相互叠合。最终经过
石墨化过程生成石墨结晶。整个变化过程如图6-4-
05所示。
炭素生产问答资料
1、石墨化生产的工艺流程：2、石墨材料具有哪些特性？A、良好的导热、导电性，被视为半金属；B、较低的热膨胀系数；C、很高的熔点；D、很好的化学稳定性，特别适合用于铝电解阴极内衬；E、良好的抗热震性能；F、很好的自润滑性能。
3、炭素生产的原料有哪些？通常有固体炭质原料和粘结剂及浸渍剂。
固体炭质原料包括石油焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨、石墨碎。
粘结剂和浸渍剂包括煤沥青、煤焦油、蒽油、合成树脂。
还有一些辅料，包括冶金焦和焦粉。
4、为什么原料中硫对石墨制品生产是一种有害元素？如果生产石墨制品的原料含硫量高，则会在石墨化过程中（1600～１８００℃），由于原料所含硫化物以气体状态突然释放制品产生体胀现象，从而引发制品裂纹废品。
５、原料贮存过程中要注意什么？A、炭质材料的堆场必须是水泥地面，尽量减少外界杂质的混入。
B、在贮存过程中严禁混入灰尘、泥沙或其它杂质的混入，少灰原料最好入库保管。
C、防止原料互混。
D、防止雨雪淋，以免煅烧时影响质量和燃料消耗。
E、要注意对贮存的新旧原料的周转使用，有些原料贮存的时间不宜过长。
F、要加强对贮存原料的质量检查，以便及时掌握贮存原料的质量情况。
6、延迟石油焦根据微观结构的差别可以分为哪几类？海绵状焦、蜂窝状焦、针状焦、等方状焦。
7、如何评价石油焦质量？石油焦的质量可用灰分、硫分、挥发分和煅后真密度来衡量。
灰分含量是石油焦的主要质量指标，一般炭素原料石油焦的灰分含量应小于0.5%，硫分对炭素生产来说是一种有害元素，一般对生产石墨制品要求硫含量较低，但对生产预焙阳极可以较高的硫含量。
挥发分的高低表明其焦化的程度，对煅烧操作有较大影响，延迟焦的挥发分为7～１８％。
煅后焦的真密度的大小标志石油焦石墨化的难易程度，煅后焦的真密度越大，则石油焦越易石墨化。
８、如何评价煤沥青粘结剂的质量？Ａ、软化点是煤沥青最重要的物理性质之一，软化点在７５℃以下的称为软沥青，软化点在７５～９０℃之间的称为中温沥青，软化点在９０℃以上的称为高温沥青。
碳素材料的制备及其应用
碳素材料的制备及其应用碳素材料是一种以碳为主要元素制成的材料，因其高耐热、高强度、高导电性、高反应性等特性而被广泛应用于多种领域。
本文将简要介绍碳素材料的制备方法以及具体的应用场景。
一、碳纤维碳纤维主要是由高分子聚丙烯腈（PAN）或天然纤维煤矸石制成。
制备过程主要分为氧化、碳化和图形化三步。
PAN 纤维经预处理后，在气氛下进行氧化，得到预氧化的聚合体纤维。
接着，预氧化聚丙烯腈纤维在高温下经过碳化反应制得炭化纤维，再通过热解形成高强度的碳纤维。
碳纤维的应用范围非常广泛。
在宇航、民用和工业领域都有广泛应用。
在航空航天领域，碳纤维被用作制造反应堆和空间探测器等。
在民用领域，碳纤维被用作行李和运动器材，如自行车、滑板车、高尔夫球杆和网球拍等。
在工业领域，碳纤维被用作制造计算机和汽车零部件等。
二、碳纳米管碳纳米管是由单层或多层石墨烯卷曲而成的，可以被视为一个管状结构。
制备碳纳米管的方法主要分为电弧放电方法、热蒸发法和化学气相沉积法。
其中，电弧放电方法是最常用的方法制备碳纳米管，这种方法在无氧环境下进行。
碳纳米管有许多应用，比如电子器件、热学和光学器件等。
在电子器件方面，碳纳米管被用作场发射管、场效应晶体管和单电子晶体管等。
在热学和光学器件方面，碳纳米管可用来制备温度传感器、光电传感器和气敏分子探测器等。
三、活性炭活性炭是由大量孔隙和中空空间组成的一种多孔材料。
它的制备方法包括物理碳化、化学碳化和物理化学碳化。
其中，物理碳化法是将可燃物质（如木材、椰子壳、甲醛等）在高温下处理，去除其有机组分制造而成。
活性炭有多种用途，包括水处理、气体处理、电解质和化学品在制药、化妆品、烟草和食品工业上的应用等。
在水处理方面，活性炭被用来去除水中的杂质、异味和色度等。
在气体处理方面，活性炭被用来去除空气中的杂质、异味和有毒气体等。
在化学品生产方面，活性炭可用于提取、纯化和干燥化学品。
小结碳素材料因其特殊性质而被广泛应用于多个领域。
碳素材料简介
碳素材料简介炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。
为了简便起见，有时也把炭和石墨材料统称为炭素材料（或碳材料）。
主要分类：碳素散热片是以不干胶的形色直接将碳素散热片贴在芯片表面，碳素散热片因其柔软可与所贴附对象十分紧密的粘合，另外因其高热传导性（树脂的5-15倍）、横向的高热传导性（铜的两倍），与传统使用中的导热硅胶、硅胶片、金属片等比较，高碳素散热片能将热量均匀扩散更大幅度的散热。
高热传导平面用散热片：利用其平面的高热传导性（铜的两倍），可将热迅速传递到金属壳以及散热型材上，降低发热点的温度，从而达到更好的散热效果。
炭素制品按产品用途可分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类、炭素纤维类、特种石墨类、石墨热交换器类等。
石墨电极类根据允许使用电流密度大小，可分为普通功率石墨电极、高功率电极、超高功率电极。
炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。
炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等。
炭素制品按原料和生产工艺不同，可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。
炭素制品按其所含灰分大小，又可分为多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。
我国炭素制品的国家技术标准和部颁技术标准是按产品不同的用途和不同的生产工艺过程进行分类的。
这种分类方法，基本上反映了产品的不同用途和不同生产过程，也便于进行核算，因此其计算方法也采用这种分类标准。
下面介绍炭素制品的分类及说明。
主要制品碳素行业的上游企业主要有：1、无烟煤的煅烧企业；2、煤焦油加工生产企业；3、石油焦生产及煅烧企业。
炭和石墨制品：(一)石墨电极类主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。
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2）石油焦的分类
●根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵 焦、弹丸焦和粉焦4种。
沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后， 真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生产铝用炭素阳极和 阳极糊的原料，也是生产石磨电极、电炭制品的原料。
生产沥青焦的原料是中温沥青和高温沥青，高温沥青是中温沥青在氧化釜中用 热空气氧化而成。高温沥青粘度大，装炉温度较高，挥发分含量小，有利于装 炉操作。
冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，此外还可用作为焙烧的填充料、 石墨化的保温料和电阻料。
冶金焦的特点：灰分含量较高，一般为10～15%，挥发分含量为1%左右，不易石 墨化。对于炭素生产来说，冶金焦的灰分应尽可能低一些。
炭素生产用冶金焦的质量指标：灰分：≯13．5％；硫分：≯0．8％；挥发分： ≯1．2％；水分：≯4.0％。
宁夏无烟煤
●无烟煤是生产炭素材料的主要原料，但是并不是所有的无烟煤都可以作为生 产炭素材料的生产原料，能作生产炭素材料的无烟煤必须具有以下条件：
（1）灰份含量要低。灰分含量高的无烟煤生产出的炭素制品质量将会降低，因 为无烟煤中的灰分将全部转移到炭素材料中，在一定程度上降低炭素材料的质 量。生产阴极炭块和高炉炭块的无烟煤灰份要求在8％以下；生产电极糊的无烟 煤灰分应小于10％。
渣油
石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。 石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。
2.1.1石油焦的焦化反应与分类
1）焦化反应 石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与原油
同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。在渣油中还有沥青质组分。它与沥 青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分中沥青质脱去一个 脂族基便能转化为树脂质。树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可 得焦炭。 渣油的焦化反应可归纳为： (1) 渣油中的树脂质—沥青质—焦炭 (2) 渣油中的芳香烃等—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭 (3) 渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环—芳香烃—高分子缩聚物—树脂 质—沥青质—焦炭
●根据硫含量的不同，可分为高硫焦和低硫焦。
●石油焦按照硫含量、挥发分和灰分等指标的不同,分为3个 牌号,每个牌号又按质量分为Ａ、Ｂ两种。
●根据原料渣油的不同，石油焦又分为裂化石油焦、常减压 石油焦和页岩石油焦。
2.1.2 石油焦的质量要求
石油焦的质量可以用灰分、硫分、挥发分和1300℃煅烧后的真密度来衡量。 1）灰分 原油中的盐类杂质经炼制富集在渣油中，最后都转移到石油焦中。
3）挥发分 石油焦的挥发分高低表明其焦化程度，对煅烧工艺有较大影响。
4）真密度 真密度的大小标志着石油焦石墨化的难易程度，一般来说，在 1300℃煅烧过的石油焦真密度较大，这种焦易石墨化，电阻率较低，热膨胀系 数较小。
2.2 沥青焦
沥青焦是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭，它的颗粒结构致密，气孔率小， 挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高，其来源是以煤沥青为原料，采用高温 干馏（焦化）的方式制备而得。
（2）机械强度要高。机械强度较高的优质无烟煤经煅烧后，仍能保持原来的块 状，说明强度仍然很高，这样的煤热稳定性能好，是生产炭素制品所要求的主 要特性之一。只有原料的机械强度高，才能制造出机械强度高的炭素制品。
（3）热稳定性要高。有的无烟煤在煅烧后容易裂成小块，强度降低，这样的无 烟煤热稳定性不好。有的无烟煤在煅烧以后，仍然保持原来的块状，机械强度 仍然很高，这样的无烟煤热稳定性好。
石油焦的灰分与焦化工艺、堆放操作中的混杂有关。一般炭素材料生产用的石 油焦灰分不大于0.5％；生产高纯石墨时，石油焦的灰分应不大于0.15％。
2）硫分 硫分主要来自于原油。石油焦中的硫可分为有机硫和无机硫。有机 硫有硫醇、硫醚、硫化物等；无机硫有硫化铁和硫酸盐。石油焦中有机硫占多 数，在较低温度下可除去有机硫。但无机硫要在石墨化高温下才能分解挥发。 少量硫会在高温下生成稳定化合物，只有加其它添加剂才能除去。
1、石油焦
1、煤焦油
炭 素
2、沥青焦
2、炭黑 3、天然石墨 4、蒽油
材
料
3、冶金焦的Βιβλιοθήκη 制4、无烟煤备
原
5、煤沥青
料 6、其他辅助原料
2.1 石油焦
石油焦是石油炼制过程中的副产品。石油经过常压或减压蒸馏，分别得 到汽油、煤油、柴油和蜡油，剩下的残余物称为渣油。将渣油进行焦化 便得到石油焦。因而石油焦的性质主要取决于渣油的种类。
由于沥青焦成焦温度较高，达到1300～1350℃，所以不经煅烧也可以直 接使用。但沥青焦从炼焦炉中推出后采用浇水熄火，一般水分含量大， 所以在生产中它与石油焦一起按比例混合后进行煅烧。
2.3 冶金焦
冶金焦是用几种炼焦煤按一定配比在焦炉中高温干馏焦化而得到的一种固体残留物。生产 冶金焦以炼焦煤为主，适当配入部分肥煤、气煤和瘦煤。首先将选好的炼焦煤破碎和粉碎， 然后按一定比例进行配煤，混合均匀后送入贮煤塔，通过装煤机将塔中原料煤定量从炉顶 装入焦炉炭化室。原料煤在炭化室内处于高温干馏状态。从装煤到出焦的生产周期约15h 左右。当焦饼中心温度达到950～1050℃时，即可推焦出焦，送到熄焦塔用水熄焦(或干法 熄焦)。冷却后的冶金焦最后经筛选分级，检验入库。
2.4 无烟煤
煤是古代植物埋藏在地下，在细菌作用及一定的温度和压力下逐渐变质而得到 的含碳量很高的矿物。按变质程度排列，自然界中有泥炭、褐煤、烟煤和无烟 煤。变质程度越高，则煤的含碳量越高，颜色逐渐变深，密度逐渐增大，硬度 和光泽也逐渐增强。
无烟煤是变质程度较深的一种煤，含碳量一般在90％以上。它的特点是：有机 质含量少、结构致密、强度较高、发热量较高，是生产冶金用炭块、炭电极 （如铝电解槽阴极）和电极糊料的原料。