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發(fā)布時間：2010-11-03 02:15:21   瀏覽次數(shù)：    作者：

　一、國內(nèi)外石墨加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國是天然石墨資源大國，儲量、產(chǎn)量及出口量均居世界首位。但由于技術(shù)開發(fā)投入不夠，目前仍以原料生產(chǎn)及加工鱗片石墨為主。碳-石墨材料是前景很大的新興材料，廣泛用于高科技域，發(fā)達(dá)國家投入人力、財力進(jìn)行開發(fā)研究。天然石墨深加工技術(shù)進(jìn)展很快，目前已形成一些新型產(chǎn)業(yè)。

　　目前，美、日、德、法的柔性石墨產(chǎn)業(yè)居先地位。日本生產(chǎn)核能級的超低硫(S<500ppm)及高純(S<50ppm)產(chǎn)品的技術(shù)先。其中，高純?nèi)嵝允挥腥毡灸軌蛏a(chǎn)。全世界柔性石墨產(chǎn)量大為1.5~2.0萬噸以上。

　　在鋰離子電池陽材料方面，由于石墨具有佳的電容量，美國、日本的鋰離子電池采用改性石墨作陽材料，并已形成產(chǎn)業(yè)。

　　浸硅石墨，目前僅德、美、俄生產(chǎn)。該產(chǎn)品是一種在寬溫度區(qū)內(nèi)具有高硬度和高機(jī)械強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕、潤滑性好的新材料。與碳化硅制品相比，大的特點是成品率高，價格較低廉。由于彩電更新?lián)Q代周期大大縮短，對彩電管用石墨乳性能要求也日新月異。國外目前依然十分重視彩電管石墨乳的研制開發(fā)。

　　我國柔性石墨新產(chǎn)業(yè)正在建設(shè)發(fā)展中，“八五”期內(nèi)取得了一批柔性石墨加工技術(shù)及裝備的成果，但目前仍處于試制階段。我國鋰離子電池還處于小試階段，但已用天然石墨研制出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的陽材料。其內(nèi)容量密度達(dá)350mAh/g。我國經(jīng)引進(jìn)和消化吸收已能生產(chǎn)5種規(guī)格彩電管石墨乳。浸硅石墨制品目前國內(nèi)屬空白。

　　二、柔性石墨及膨脹石墨材料的開發(fā)與應(yīng)用 柔性石墨和膨脹石墨是重要的石墨深加工產(chǎn)品。從材料學(xué)的角度，膨脹石墨與柔性石墨二者有很大區(qū)別，是兩種材料。膨脹石墨是松散的多孔結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)良的隔絕密封性能。隨著技術(shù)和新材料應(yīng)用的發(fā)展，這兩類新材料由于其不同的特性，各自的應(yīng)用域也顯著不同。本文將討論這兩種特性不同而又緊密相關(guān)的材料，在化工域及其它域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

　　自本世紀(jì)六十年代美國聯(lián)碳公司發(fā)明柔性石墨制造技術(shù)以來，柔性石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已有近四十年的歷史。柔隆石墨作為一種**的密封材料，已逐漸為工程界所熟悉，并且有人給它冠以“密封王”的頭銜。柔性石墨由天然鱗片石墨加工而得。制備的關(guān)鍵技術(shù)，是將天然鱗片石墨制備成石墨層間化合物。工業(yè)操作上，常用濃硫酸作為層間插入物，所以它又稱酸化石墨(可膨脹石墨)。不過酸化石墨是在石墨與酸反應(yīng)后，經(jīng)水洗干燥，大部分層間插入物已經(jīng)逸出，所以它實際上是殘余石墨層間化合物。絕大部分石墨層間化合物在快速加熱時，層間插入物都會氣化，從而形成高壓，使石墨粒子沿C軸方向膨脹。很薄的酸化石墨鱗片膨脹后象一條條蠕蟲，長度可達(dá)1~2cm所以稱蠕蟲石墨或石墨蠕蟲，亦即通常所說的膨脹石墨。膨脹石墨在壓制或軋制時，蠕蟲之間相互嚙合，從而壓軋成石墨卷材或板材，即為柔性石墨。由于插層劑硫酸在加熱時絕大部分地區(qū)逸出，所以柔軟性石墨除有1000PPM左右的殘硫外，化學(xué)成份與鱗片石墨基本相同，為純碳。

　　2.1　

      膨脹石墨加工方法的進(jìn)展

　　2.1.1激光膨化方法的研究文獻(xiàn)(3)研究了如何利用激光膨化可膨脹石墨。激光具有高的能量密集度，并且石墨對激光還有良好的吸收性，其吸收率可達(dá)95%以上，這正好滿足了石墨膨化需要快速升溫的要求。文獻(xiàn)采用的激光是波長10.6微米的中紅外光。對于厚度只有幾十微米的石墨鱗片來說，紅外光的穿透深度是大約與其波長相當(dāng)?shù)摹Ｋ运鼘κ[片來說具有體積加熱的效果。在其實驗中選用了國產(chǎn)的HGL-81型CO2氣體激光器。實驗使用的激光膨化裝置如圖1-1所示。由于激光高的能量集中和膨脹過程熱量的傳播方式，使得殘余化合物的分解速度大于它所在微裂紋的擴(kuò)展速度，生成的大量氣體使裂紋上下表面迅速彎曲，造成劇烈的膨脹。另外激光的高能量增加了鱗片內(nèi)部小的殘余化合物島疇的膨脹，防止了相鄰的大島疇的膨脹對它的壓制作用。這兩點原因全激光膨化有高的膨脹倍數(shù)。

　　2.1.2微波膨化方法論的研究專利文獻(xiàn)(4)報導(dǎo)了一種生產(chǎn)膨脹石墨蠕蟲的方法，裝置如圖1-2所示。該膨化裝置的特點是，有一定厚度的可膨脹石墨粒子(多10mm厚)平鋪在傳送帶上。可膨脹石墨經(jīng)過一個輻射區(qū)后被膨化。輻射區(qū)內(nèi)的能流密度(flux density amounts)小為500KW/m2。輻射源可采用紅外光源、微波、激光束

　    2.2可膨脹石墨的制備 目前，國內(nèi)可膨脹石墨生產(chǎn)采用兩種工藝：化學(xué)法和電化學(xué)法。兩種工藝除氧化工序不同外，脫酸、水洗、脫水、干燥等其它工序相同。采用化學(xué)法的絕大多數(shù)廠家產(chǎn)品的質(zhì)量，都能達(dá)到GB10698-89《可膨脹石墨》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，滿足大宗柔性石墨板材生產(chǎn)用料要求和出口供貨標(biāo)準(zhǔn)。但生產(chǎn)特殊要求的低揮發(fā)份(<10%)、低含硫量(<2%)的產(chǎn)品比較困難，生產(chǎn)工藝不過關(guān)。強(qiáng)化技術(shù)管理，認(rèn)真研究插層過程，掌握工藝參數(shù)和產(chǎn)品性能的關(guān)系，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的可膨脹石墨，是提高后續(xù)制品質(zhì)量的關(guān)鍵。電化學(xué)法不用其它氧化劑，將天然鱗片石墨和輔助陽一起構(gòu)成陽室浸泡在濃硫酸電解液中，通直流或脈沖電流，氧化一定時間后取出，水洗干燥后即為可膨脹石墨。該法大特點，可通過調(diào)節(jié)電參數(shù)和反應(yīng)時間控制石墨反應(yīng)程度和產(chǎn)品的性能指標(biāo)，污染小，成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)異。解決插層工藝中的攪拌問題，提高效率，降低電耗，是該法急需解決的課題。以上兩種工藝脫酸后，石墨層間化合物潤濕、吸附的硫酸質(zhì)量比仍在1：1左右，插層劑消耗量大，洗滌用水量和污水排放量居高不下。且多數(shù)生產(chǎn)廠家沒有解決廢水處理問題，處于自然排放狀態(tài)，環(huán)境污染嚴(yán)重，將制約行業(yè)的發(fā)展。

   國內(nèi)目前對石墨的深加工主要采用的設(shè)備是超細(xì)微粉磨，該設(shè)備可以對石墨一次性成粉，細(xì)度可達(dá)3000目，是石墨生產(chǎn)線的專用設(shè)備。