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發布時間：2010-11-03 02:15:21   瀏覽次數：    作者：

　一、國內外石墨加工技術現狀及發展趨勢 我國是天然石墨資源大國，儲量、產量及出口量均居世界首位。但由于技術開發投入不夠，目前仍以原料生產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，發達國家投入人力、財力進行開發研究。天然石墨深加工技術進展很快，目前已形成一些新型產業。

　　目前，美、日、德、法的柔性石墨產業居先地位。日本生產核能級的超低硫(S<500ppm)及高純(S<50ppm)產品的技術先。其中，高純柔性石墨只有日本能夠生產。全世界柔性石墨產量大為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，并已形成產業。

　　浸硅石墨，目前僅德、美、俄生產。該產品是一種在寬溫度區內具有高硬度和高機械強度、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。由于彩電更新換代周期大大縮短，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。

　　我國柔性石墨新產業正在建設發展中，“八五”期內取得了一批柔性石墨加工技術及裝備的成果，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構穩定的陽材料。其內容量密度達350mAh/g。我國經引進和消化吸收已能生產5種規格彩電管石墨乳。浸硅石墨制品目前國內屬空白。

　　二、柔性石墨及膨脹石墨材料的開發與應用 柔性石墨和膨脹石墨是重要的石墨深加工產品。從材料學的角度，膨脹石墨與柔性石墨二者有很大區別，是兩種材料。膨脹石墨是松散的多孔結構材料，具有優良的隔絕密封性能。隨著技術和新材料應用的發展，這兩類新材料由于其不同的特性，各自的應用域也顯著不同。本文將討論這兩種特性不同而又緊密相關的材料，在化工域及其它域的應用現狀及發展趨勢。

　　自本世紀六十年代美國聯碳公司發明柔性石墨制造技術以來，柔性石墨產業的發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。制備的關鍵技術，是將天然鱗片石墨制備成石墨層間化合物。工業操作上，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后，經水洗干燥，大部分層間插入物已經逸出，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逸出，所以柔軟性石墨除有1000PPM左右的殘硫外，化學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展

　　2.1.1激光膨化方法的研究文獻(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95%以上，這正好滿足了石墨膨化需要快速升溫的要求。文獻采用的激光是波長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的。所以它對石墨鱗片來說具有體積加熱的效果。在其實驗中選用了國產的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。

　　2.1.2微波膨化方法論的研究專利文獻(4)報導了一種生產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。可膨脹石墨經過一個輻射區后被膨化。輻射區內的能流密度(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，國內可膨脹石墨生產采用兩種工藝：化學法和電化學法。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。采用化學法的絕大多數廠家產品的質量，都能達到GB10698-89《可膨脹石墨》標準規定的指標，滿足大宗柔性石墨板材生產用料要求和出口供貨標準。但生產特殊要求的低揮發份(<10%)、低含硫量(<2%)的產品比較困難，生產工藝不過關。強化技術管理，認真研究插層過程，掌握工藝參數和產品性能的關系，生產質量穩定的可膨脹石墨，是提高后續制品質量的關鍵。電化學法不用其它氧化劑，將天然鱗片石墨和輔助陽一起構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，可通過調節電參數和反應時間控制石墨反應程度和產品的性能指標，污染小，成本低，質量穩定，性能優異。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。且多數生產廠家沒有解決廢水處理問題，處于自然排放狀態，環境污染嚴重，將制約行業的發展。

   國內目前對石墨的深加工主要采用的設備是超細微粉磨，該設備可以對石墨一次性成粉，細度可達3000目，是石墨生產線的專用設備。