人造石墨和天然石墨的區(qū)別在于哪里？
石墨可分為天然石墨和人造石墨。它們的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)相似，但用途卻大相徑庭。在許多研究中，一些研究人員沒有注意到它們之間的區(qū)別，而是籠統(tǒng)地稱它們?yōu)槭?。這種混淆兩者的結(jié)果造成很多誤導(dǎo)，甚至決策失誤，帶來極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。本文從天然石墨和人造石墨的結(jié)構(gòu)、組成和性能出發(fā)，論述了它們的特點和區(qū)別，以及它們之間的重要關(guān)系和應(yīng)用進展。
1.天然石墨和人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域
石墨具有許多優(yōu)異的性能，因此被廣泛應(yīng)用于冶金、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門。天然石墨和人造石墨的應(yīng)用領(lǐng)域既有重疊部分，又有區(qū)別。
1.1冶金工業(yè)
在冶金工業(yè)中，天然鱗片石墨具有良好的抗氧化性，可用于生產(chǎn)鎂碳磚、鋁碳磚等耐火材料。人造石墨可用作煉鋼電極，但天然石墨制成的電極難以在條件苛刻的煉鋼爐中使用。
1.2機械行業(yè)
在機械工業(yè)中，石墨材料通常用作耐磨和潤滑材料。天然鱗片石墨具有良好的潤滑性，常用作潤滑油的添加劑。人造石墨制成的活塞環(huán)、密封圈和軸承廣泛用作輸送腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備，工作時不需要潤滑油。天然石墨與聚合物樹脂的復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域，但其耐磨性不如人造石墨。
1.3化學(xué)工業(yè)
人造石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透性低的特點。在化學(xué)工業(yè)中廣泛用于制造換熱器、反應(yīng)罐、吸收塔、過濾器等設(shè)備。天然石墨和高分子樹脂復(fù)合材料也可用于上述領(lǐng)域，但其導(dǎo)熱性和耐腐蝕性不如人造石墨。
2.石墨的分類和特性:
2.1天然石墨
天然石墨是大自然的結(jié)晶，是在高溫高壓的地質(zhì)環(huán)境長期作用下，富碳有機質(zhì)轉(zhuǎn)化而成。天然石墨的工藝特性主要取決于其結(jié)晶形態(tài)。不同晶體形態(tài)的礦物具有不同的工業(yè)價值和用途。天然石墨有很多種。根據(jù)晶體形態(tài)的不同，天然石墨在工業(yè)上可分為致密結(jié)晶石墨、片狀石墨和隱晶質(zhì)石墨。中國主要有鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨兩種。
2.2人造石墨
人造石墨在結(jié)晶學(xué)上類似于多晶體。人造石墨種類繁多，生產(chǎn)工藝差異很大。廣義而言，凡是通過有機物碳化和高溫石墨化得到的石墨材料，都可以統(tǒng)稱為人造石墨，如碳(石墨)纖維、熱解碳(石墨)、泡沫石墨等。狹義的人造石墨通常是指利用含碳原料(石油焦、瀝青焦等)制成的塊狀固體材料，如石墨電極、熱等靜壓石墨等。)以低雜質(zhì)含量為骨料，以煤瀝青為粘結(jié)劑，經(jīng)過配料、捏合、成型、碳化(工業(yè)上稱為焙燒)、石墨化等工藝。
3.天然石墨和人造石墨的區(qū)別和聯(lián)系
鑒于上述天然石墨通常為狹義人造石墨，本文僅對天然石墨與狹義人造石墨的區(qū)別和聯(lián)系進行分析和探討。
3.1晶體結(jié)構(gòu)
天然石墨:晶體發(fā)育完善，鱗片石墨的石墨化度大于98%，而天然微晶石墨的石墨化度通常小于93%。
人造石墨:晶體發(fā)育程度取決于原料和熱處理溫度。一般來說，熱處理溫度越高，石墨化程度越高。目前，工業(yè)人造石墨的石墨化度通常低于90%。
3.2組織結(jié)構(gòu)
天然鱗片石墨:是一種單晶，結(jié)構(gòu)簡單，只有晶體學(xué)缺陷(如點缺陷、位錯、堆垛層錯等。)，在宏觀上表現(xiàn)出各向異性特征。天然微晶石墨晶粒較小，晶粒排列無序，除雜后有孔洞，宏觀上呈各向同性。
人造石墨:可視為多相材料，包括石油焦或瀝青焦等碳粒轉(zhuǎn)化的石墨相、包覆在顆粒周圍的煤瀝青粘結(jié)劑轉(zhuǎn)化的石墨相、煤瀝青粘結(jié)劑熱處理形成的顆粒堆積或孔隙等。
3.3物理形式
天然石墨:通常以粉末形式存在，可以單獨使用，但通常是與其他材料復(fù)合后使用。
人造石墨:有多種形式，有粉狀、纖維狀、塊狀，而狹義的人造石墨通常是塊狀，使用時需要加工成一定的形狀。
3.4物理和化學(xué)性質(zhì)
就物理化學(xué)性質(zhì)而言，天然石墨和人造石墨在性能上既有相同之處，也有不同之處。例如，天然石墨和人造石墨都是熱和電的良導(dǎo)體，但對于純度和粒度相同的石墨粉，天然鱗片石墨的傳熱和導(dǎo)電性能最好，其次是天然微晶石墨和人造石墨。石墨具有良好的潤滑性和一定的可塑性。天然鱗片石墨晶體發(fā)育完善，摩擦系數(shù)小，潤滑性最好，可塑性最高，其次是致密結(jié)晶石墨和隱晶質(zhì)石墨，人造石墨較差。