石墨材料的特性及應用范圍如何？

      炭素材料是以碳元素為主的無機非金屬材料，其間炭材料基本上是由非石墨質碳組成的材料，而石墨材料則首要是由石墨質碳組成的材料，石墨又分為天然石墨和人工石墨兩類。
　　石墨材料首要是由多晶石墨構成。石墨是以一種碳原子之間呈六角形平面網格的層狀晶體。盡管石墨歸于無機非金屬材料，但因它具有良好的熱電傳導性而被稱為半金屬，石墨具有比某些金屬還要高的熱電傳導性，一同具有遠比金屬低的熱膨脹系數(shù)，很高的化學穩(wěn)定性，這就使它在工程運用中具有重要的價值。石墨在非氧化性介質中是化學慵懶的，具有很好的耐腐蝕性，除了強酸和強氧化性介質外，石墨不受其它酸堿鹽的腐蝕、不與任何有機化合物應。
　　石墨材料又是一種耐高溫材料，在高溫下石墨不會熔化，氣化溫度十分高，只是在常壓下3350 18初步進步變成氣體。一般材料在高溫下強度逐漸下降，而石墨在2 500'C以內，它的強度隨溫度升高而增加，在2000℃以上，其強度較常溫強度增大一倍，石墨材料還具有優(yōu)異的抗熱震功用，所以石墨材料作為高溫材料有其共同的優(yōu)越性。
　　因為石墨材料具有高溫強度高、導電傳熱、抗熱震性、耐腐蝕性、潤滑性好等利益，它已成為國民經濟發(fā)展中不可短少的結構材料、高溫材料、導電材料、抗磨材料和功用材料。當時，石墨材料已廣泛運用于冶金、化工、電子、電器、機械以及核能和航空航天工業(yè)等部分，可作電極、電解陽極、鑄模和高溫軸承；原子核反應堆中作為中子減速材料和核燃料的表面涂層；在宇航領域，石墨材料可用于人工衛(wèi)星天線、航天飛機機殼以及火箭發(fā)電機噴管喉襯等部件。
　　石墨材料在高溫下發(fā)生的物理化學變化以及高溫運用特色：
　　石墨材料的化學性質穩(wěn)定，因而是一種耐腐蝕材料。但在必定條件下，碳也會和其他物質發(fā)生作用，其首要反應有：在高溫下與氧化性氣氛或強氧化性酸中發(fā)生氧化作用；在高溫下熔解于金屬并生成碳化物；生成石墨層間化合物。
　　在常溫下，炭與各種氣體不發(fā)生化學反應在350℃左右，無定形炭即有睨顯的氧化反應，石墨在450℃左右也初步發(fā)生氧化反應。石墨化程度愈高，石墨的晶體結構愈完整，其反應活化能大，抗氧化功用好，在800~C以內，到達同一氧化速度的溫度，石墨材料約比炭材料高50～100℃在同一材料內，粘結劑炭有優(yōu)先氧化的傾向，所以氧化反應進行到必定程度時，骨料顆粒會發(fā)生掉落。在較低的溫度下，如空氣供給充足，炭和石墨材料則首要進行如下反應：C+O 2—C O 2在較高的溫度下，炭和石墨材料又初步發(fā)生如下反應：C+1／ZO 2一C O赤熱的炭和石墨材料與水蒸氣約在700℃左右初步反應：C+H 2O—C O+H 2C+2 H 2O—C 0 2+2 H 2赤熱的炭和石墨材料與C O。的氧化反應在更高的溫度下才干進行：C+C O 2—2 C 0炭與氣體之間反應應歸于氣固反應，氧化反應速度與當時的反應面積大小、材料的氣孔率及氣體壓力等要素有關，其反應速度既取決于表面的化學反應速度，也與氣體分子向材料內渙散有關。若材料的氣孔率高，特別是開氣孔率多時，氣體分子簡單渙散到材料內部，參與反應的表面積大，氧化速度就快，當運用溫度低時，氧化反應速度不高，氣體分子有滿足的時間渙散到材料內部，這時氧化反應速度與材料的氣孔結構及反應活性有關。當溫度高于8 00~C時化學反應速率快，而氣體分子向材料氣孔內渙散卻因熱運動而減慢，氧化反應只在表面進行，氧化速率受表面氣流速度所支配與材料品種聯(lián)絡較小。石墨材料所含雜質對氧化反應起催化作用，所以高純石墨與普通石墨的氧化性有睨顯。不同。(b)碳化物的生成在高溫下碳熔解于Fe、A1、Mo、Cr、Ni、Ti等金屬和B、si等非金屬中生成碳化物。(c)石墨層間化合物的生成石墨的碳原子在其層面內是通過共價鍵牢固地連接在一同的，而在層間則靠較弱的范德華力結合。因而，在石墨的層間刺進各種分子、原子、離子而不損壞其二維晶格，僅使層距離增大，能夠制成一種石墨特有的化合物稱為石墨層間化合物，制造石墨層間化臺物一般選用天然鱗片石墨為質料。在石墨層間化合物中已得工業(yè)上廣泛運用的是柔性石墨。柔性石墨不只具有自潤滑性和耐高溫性，還具有柔韌性、可饒性和緊縮回彈性，可作為精煉爐、高溫爐的絕熱材料，并廣泛用作密封材料。為了進步柔性石墨的抗氧化性，在柔性石墨中參與硼酸、熱固樹脂、無機物膠體等粘合劑。由此可見，炭素材料在非氧化性介質中集耐熱性、導電性于一體，但在氧化性占優(yōu)勢的環(huán)境中，溫度高于627K就初步發(fā)生氧化反應，并且跟著溫度的升高，氧化速度加快，結構因而而遭到腐蝕、損壞、影響其高溫下的運用。所以，石墨材料的抗氧化保護問題正在遭到廣泛注重。