发布时间：2010-11-03 02:15:21   浏览次数：    作者：

　一、国内外石墨加工技术现状及发展趋势 我国是天然石墨资源大国，储量、产量及出口量均居世界首位。但由于技术开发投入不够，目前仍以原料生产及加工鳞片石墨为主。碳-石墨材料是前景很大的新兴材料，广泛用于高科技域，发达国家投入人力、财力进行开发研究。天然石墨深加工技术进展很快，目前已形成一些新型产业。

　　目前，美、日、德、法的柔性石墨产业居先地位。日本生产核能级的超低硫(S<500ppm)及高纯(S<50ppm)产品的技术先。其中，高纯柔性石墨只有日本能够生产。全世界柔性石墨产量大为1.5~2.0万吨以上。

　　在锂离子电池阳材料方面，由于石墨具有佳的电容量，美国、日本的锂离子电池采用改性石墨作阳材料，并已形成产业。

　　浸硅石墨，目前仅德、美、俄生产。该产品是一种在宽温度区内具有高硬度和高机械强度、耐磨、耐腐蚀、润滑性好的新材料。与碳化硅制品相比，大的特点是成品率高，价格较低廉。由于彩电更新换代周期大大缩短，对彩电管用石墨乳性能要求也日新月异。国外目前依然十分重视彩电管石墨乳的研制开发。

　　我国柔性石墨新产业正在建设发展中，“八五”期内取得了一批柔性石墨加工技术及装备的成果，但目前仍处于试制阶段。我国锂离子电池还处于小试阶段，但已用天然石墨研制出结构稳定的阳材料。其内容量密度达350mAh/g。我国经引进和消化吸收已能生产5种规格彩电管石墨乳。浸硅石墨制品目前国内属空白。

　　二、柔性石墨及膨胀石墨材料的开发与应用 柔性石墨和膨胀石墨是重要的石墨深加工产品。从材料学的角度，膨胀石墨与柔性石墨二者有很大区别，是两种材料。膨胀石墨是松散的多孔结构材料，具有优良的隔绝密封性能。随着技术和新材料应用的发展，这两类新材料由于其不同的特性，各自的应用域也显著不同。本文将讨论这两种特性不同而又紧密相关的材料，在化工域及其它域的应用现状及发展趋势。

　　自本世纪六十年代美国联碳公司发明柔性石墨制造技术以来，柔性石墨产业的发展已有近四十年的历史。柔隆石墨作为一种**的密封材料，已逐渐为工程界所熟悉，并且有人给它冠以“密封王”的头衔。柔性石墨由天然鳞片石墨加工而得。制备的关键技术，是将天然鳞片石墨制备成石墨层间化合物。工业操作上，常用浓硫酸作为层间插入物，所以它又称酸化石墨(可膨胀石墨)。不过酸化石墨是在石墨与酸反应后，经水洗干燥，大部分层间插入物已经逸出，所以它实际上是残余石墨层间化合物。绝大部分石墨层间化合物在快速加热时，层间插入物都会气化，从而形成高压，使石墨粒子沿C轴方向膨胀。很薄的酸化石墨鳞片膨胀后象一条条蠕虫，长度可达1~2cm所以称蠕虫石墨或石墨蠕虫，亦即通常所说的膨胀石墨。膨胀石墨在压制或轧制时，蠕虫之间相互啮合，从而压轧成石墨卷材或板材，即为柔性石墨。由于插层剂硫酸在加热时绝大部分地区逸出，所以柔软性石墨除有1000PPM左右的残硫外，化学成份与鳞片石墨基本相同，为纯碳。

　　2.1　

      膨胀石墨加工方法的进展

　　2.1.1激光膨化方法的研究文献(3)研究了如何利用激光膨化可膨胀石墨。激光具有高的能量密集度，并且石墨对激光还有良好的吸收性，其吸收率可达95%以上，这正好满足了石墨膨化需要快速升温的要求。文献采用的激光是波长10.6微米的中红外光。对于厚度只有几十微米的石墨鳞片来说，红外光的穿透深度是大约与其波长相当的。所以它对石墨鳞片来说具有体积加热的效果。在其实验中选用了国产的HGL-81型CO2气体激光器。实验使用的激光膨化装置如图1-1所示。由于激光高的能量集中和膨胀过程热量的传播方式，使得残余化合物的分解速度大于它所在微裂纹的扩展速度，生成的大量气体使裂纹上下表面迅速弯曲，造成剧烈的膨胀。另外激光的高能量增加了鳞片内部小的残余化合物岛畴的膨胀，防止了相邻的大岛畴的膨胀对它的压制作用。这两点原因全激光膨化有高的膨胀倍数。

　　2.1.2微波膨化方法论的研究专利文献(4)报导了一种生产膨胀石墨蠕虫的方法，装置如图1-2所示。该膨化装置的特点是，有一定厚度的可膨胀石墨粒子(多10mm厚)平铺在传送带上。可膨胀石墨经过一个辐射区后被膨化。辐射区内的能流密度(flux density amounts)小为500KW/m2。辐射源可采用红外光源、微波、激光束

　    2.2可膨胀石墨的制备 目前，国内可膨胀石墨生产采用两种工艺：化学法和电化学法。两种工艺除氧化工序不同外，脱酸、水洗、脱水、干燥等其它工序相同。采用化学法的绝大多数厂家产品的质量，都能达到GB10698-89《可膨胀石墨》标准规定的指标，满足大宗柔性石墨板材生产用料要求和出口供货标准。但生产特殊要求的低挥发份(<10%)、低含硫量(<2%)的产品比较困难，生产工艺不过关。强化技术管理，认真研究插层过程，掌握工艺参数和产品性能的关系，生产质量稳定的可膨胀石墨，是提高后续制品质量的关键。电化学法不用其它氧化剂，将天然鳞片石墨和辅助阳一起构成阳室浸泡在浓硫酸电解液中，通直流或脉冲电流，氧化一定时间后取出，水洗干燥后即为可膨胀石墨。该法大特点，可通过调节电参数和反应时间控制石墨反应程度和产品的性能指标，污染小，成本低，质量稳定，性能优异。解决插层工艺中的搅拌问题，提高效率，降低电耗，是该法急需解决的课题。以上两种工艺脱酸后，石墨层间化合物润湿、吸附的硫酸质量比仍在1：1左右，插层剂消耗量大，洗涤用水量和污水排放量居高不下。且多数生产厂家没有解决废水处理问题，处于自然排放状态，环境污染严重，将制约行业的发展。

   国内目前对石墨的深加工主要采用的设备是超细微粉磨，该设备可以对石墨一次性成粉，细度可达3000目，是石墨生产线的专用设备。