石墨材料材料加工制备2演示教学.ppt

第一章 碳材料的制备n天然碳材料q天然石墨的类型q提纯q改性n人工碳材料q原料q碳化（气、液、固）q中间相q石墨化天然石墨的种类n晶质质石墨：致密晶质石墨(Vein, 0.5mm)，鳞片石墨 (Flake, 1m-0.5mm)碳在石头里过饱 和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价值n隐隐晶质质石墨：土状石墨(Amorphous, microcrystalline, 1m 1m Flake graphiteMicrocrystalline graphite（晶粒很细）天然鳞片石墨的提纯(二）n物理提纯纯：q石墨在4500C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000C以上，低沸点灰份蒸发去(99%)天然石墨的改性n粉体颗粒改性q球形化q表面氧化q表面包覆q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n各种富碳的有机物q动植物（木、竹、骨等）q煤q油q气q树脂炭化(Carbonization)n原料在还原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成残余碳和挥发性化合物，几种反应同时发 生： 脱氢反应，凝聚反应，同素异质转变 热解，热聚（链变 成环（芳香环）n残余碳含量与原料种类和热解温度有关90wt%,900C; 99wt%,1300Cn碳收率(Carbon Yield): 炭化后残余碳含量与炭化前原料质量之比 炭化过程示意图中间相热聚反应液相炭化n原料：沥青、重质油等n通常500进行n出现以缩聚稠环芳香烃结构为主体的液晶状态，即中间相（mesophase）q是一种有序结构，炭化学叫中间相，实际是液晶n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) 石油系中间相沥青分子2; (c) 萘系中间相沥青分子31 Zimmer JE, White JL. Disclination structure in carbonaceous mesophase and graphite. Aerospace report, 1976: 1-52 Fitzer E. Carbon fibers and their composites. New York: Springer-Verlag, 19853 Mochida I, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic hydrocarbons by the aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319萘系即卫生球炭质中间相形成的炭质中间相形成的“ “颗粒单元基本构筑颗粒单元基本构筑” ”理论理论 炭质中间相形成的BGBU过程石墨化(Graphitization)n由碳向有序排列的石墨结构转变。

高于2500Cn晶体尺度（CrystallitesizeLc）：由5nm（碳）增加到100nm以上n面间距(Interlayerspacingd)：由0.344nm以上（未完全石墨化）降到0.3354nm（理想单晶石墨）q实际上人工炭达不到0.3354nmn石墨化度G:(0.344-d002)/(0.344-0.3354)Homogeneous graphitization Heterogeneous graphitizationFormation of graphitic regularity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消除交叉键lABAB密排结构形成l碳环和单原子移动来填充空位和消除位错。