Кереш сүз
Графит - уникаль - булмаган металл минераль ресурс, уникаль икеләтә металл һәм - металл үзлекләре. Ул "XXI гасырда югары - технология үсешен яклаучы стратегик ресурс" буларак билгеле һәм күптәннән "кара алтын" дип таныла. {Гары - чисталык графиты углерод күләме 99,99% тан артык булган графитны аңлата. Монда искиткеч {{9} ub майлау, югары көч, яхшы электр үткәрүчәнлеге, кислота / алкалы / коррозия / җылылыкка каршы тору, түбән киңәю коэффициенты, химик тотрыклылык, югары мөһер җитештерүчәнлеге, бердәм һәм компакт структурасы бар. Ул электротехника, металлургия, милли оборона, аэрокосмос, энергетика, химия сәнәгате һәм башка тармакларда киң кулланыла. Аерым алганда, ул үсеп килүче тармакларда хәлиткеч һәм критик роль уйный, өченче - буын ярымүткәргеч материаллар әзерләү, атом сәнәгате, һәм фотоволтаик индустрия, Кытай икътисадына {{13} тәэсир итә.
1. Графит рудасы үзенчәлекләре
Графит - углерод элементларыннан торган минераль, металл ялтыравык һәм анисотропия белән ачык кара төсле. Аның тыгызлыгы 2,09-2,23 г / см³, эретү ноктасы 3850 градус, кайнату ноктасы 4250 градус, җылылык үзләштерү сыйфаты 6.9036 × 10⁷ J / кг, искиткеч җылылык тотрыклылыгын күрсәтә.
2. Highгары {{1} urity Чисталык графиты
2.1 Табигый югары {{1} urity Чисталык графиты
Чимал һәм әзерләү ысулларына карап, югары - чисталык графитын табигый югары - чисталык графиты һәм синтетик югары - чисталык графитына бүлеп була.
Табигый югары - чисталык графиты бик яхшы электр һәм җылылык үткәрүчәнлеге аркасында төрле өлкәләрдә киң кулланыла, мәсәлән, отрядлы материаллар, {{1} ust дат каплаулары, углерод электродлары, генераторлар, майлау материаллары, һәм атом сәнәгатендә саклагыч материаллар. Синтетик югары - чисталык графиты, бердәм морфология һәм кисәкчәләр зурлыгы белән, алдан ясалган анодларда, махсус графит, атом сәнәгате һәм башка өлкәләрдә кулланыла. High- чисталык графитын әзерләү ысуллары төрле чимал белән төрле.
Табигатьтә саф графит юк. Графит рудасында SiO₂, Al₂O₃, FeO, CaO, P₂O₅, CuO кебек пычраклар бар, алар гадәттә кварц, пирит, карбонат кебек минераллар, шулай ук газ, компонентлар, су, асфальт, CO₂, H₂, CH₄, N₂. Шуңа күрә, графитны анализлау углеродның күләмен генә түгел, ә үзгәрүчән матдәләрне һәм көл күләмен дә билгеләргә тиеш. Графитны чистарту процессы бу пычракларны эффектив рәвештә бетерүне максат итеп куя. Графитның чисталыгы никадәр югары булса (ягъни углеродның күләме шулкадәр югары), аның бәясе һәм куллану күләме киңрәк.
Naturalгары - чисталык графитын табигый графиттан әзерләү, гадәттә, графит рудасын флотация белән чистартуны, флотация концентратын алкалы - кислотасы ысулы яки гидрофлор кислотасы ысулы белән чистартуны, һәм ниһаять, югары - температура ысулы яки югары - температурасы хлорлаштыру ысулы белән чистартуны үз эченә ала.
2.2 Синтетик югары {{1} urity Чисталык графиты
Синтетик графит, гадәттә, югары - сыйфатлы нефть кокы һәм пич кокны агрегат итеп кулланып җитештерелгән графит материалларына карый, күмер челтәрен бәйләүче һәм башка аксессуарлар итеп өсти, аннары югары - температураны графитизацияләү ысуллары. Гадәттә, чимал башта эшкәртелә, аннары графитизация һәм чистарту өчен махсус - температура реакторына урнаштырыла. Мичнең төп төрләренә Ахесон графитизация мичләре, эчке серия графитизация мичләре, өзлексез графитизация электр мичләре керә. Мичтәге ультра - югары температура нефть кокын һәм питч кокны графитизацияли, һәм галоген газ пычраклар белән реакциягә кертелә, аннары югары - чисталык графитын алу өчен газлаштырыла һәм үзгәрә.
Синтетик югары {{1} ity чисталык графиты җитештерүдә югары - температура кальцинациясе вакытында нефть кокы һәм пич кокындагы пычраклыкларның бер өлеше чыгарылса да, нефть кокы чималында күкерт һәм көл эчтәлегенә ачык таләпләр бар. High {{3} ul күкертле нефтьнең артуы белән, югары {{4} ul күкертле нефть кокы да үсә. Синтетик югары - чисталык графиты җитештерү өчен нефть кокының түбән {{6} ul күкерт таләбен канәгатьләндерү өчен, күп галимнәр нефтьле кокс дезульфуризация процесслары турында - тирән тикшеренүләр үткәрделәр.
Графит чисталыгы хезмәт күрсәтү эшчәнлеген һәм графит тирән - эшкәртү продуктларының тулы үзенчәлекләрен билгели. Чисталык никадәр югары булса, куллану бәясе дә югары. Мәсәлән:
Литий {{0} ion ион батарейкалары өчен анод материалы буларак графит 99,98% тан югары чисталык таләп итә.
Синтетик ясалма бриллиант өчен табигый графит 99,999% тан чисталык таләп итә, борның күләме 0,01 × 10⁻⁶;
Аэрокосмос, милли оборона, атом сәнәгате өчен махсус графит 99% ~ 99,99% яки хәтта югарырак булырга тиеш;
Өченче - буын ярымүткәргеч SiC ваферларын синтезлау өчен графит порошогы 99,9995% яки аннан да югарырак чисталык таләп итә.
Графитны чистарту - барлык графит материалларын әзерләү өчен нигез һәм графит материалларын эшкәртүдә уртак проблема. Аз энергия куллану, югары сыйдырышлык һәм аз пычрану белән графитны чистарту процесслары хәзерге фәнни-тикшеренү эшләренең төп юнәлеше булып тора.
3. Графит чистарту технологияләре
3.1 Флотация ысулы
Табигый графитның яхшы йөзүчәнлеген кулланып, күп - этап агымы белән флотация процесслары флейк графитын яки микрокристалл графитны каолин, кварц, мика кебек табигый минераллардан табигый графит рудасында аеру өчен эшләнгән. Бу технология табигый графит рудасын 20% тан түбән класслы графит концентратына 95% чисталыгы белән баета ала, бу күбесенчә табигый югары - чисталык графиты җитештерү өчен чимал буларак кулланыла.
3.2 Алкалы - Кислота ысулы
Чистарту процессына эшкәртү кушылмасы һәм кислота керә. Алкал кушылуында, Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, MgO, CaO кебек графиттагы пычраклар NaOH белән югары температурада реакция ясыйлар water {1} ol эри торган гидроксидлар; кайбер пычраклар (мәсәлән, SiO₂) су - эри торган продуктлар җитештерәләр, алар су агызу һәм юу белән чыгарыла. Ассидолизда, графит һәм гидроксидлар, алкалы кушылганнан соң, кайнар концентрациянең гидрохлор кислотасы белән кушылалар, аларны эри торган хлоридларга әйләндерәләр, аннары су белән юалар. Acid - чисталыгы 99% тан югары булган графитны кислотадан соң алырга мөмкин.
Хәзерге вакытта алкалы - кислотасы ысулы сәнәгатьтә киң кулланыла, түбән - вакыт инвестицияләре, югары класслы, көчле процесс адаптациясе кебек өстенлекләр белән. Ләкин, шулай ук, җитешсезлекләре бар, алар арасында югары - температураны кальцинацияләү таләбе, югары энергия куллану, озак реакция вакыты, җиһазларның җитди коррозиясе, зур графит югалуы, чиста суларның пычрануы.
3.3 Хлорлаштыру кыздыру ысулы
1000 градус тирәсендә хлор газы графитка кертелә. Хлорның көчле оксидлаштыручы үзлеген кулланып, графиттагы металл оксиды пычраклары түбән газлаштыру температурасы булган хлоридларга оксидлаштырыла. Бу температурада металл хлоридлар тиз газлаштырыла һәм күп күләмдә чыгарыла, графит чистартуны тормышка ашыра.
Хлорлаштыру кыздыру, гадәттә, графитны чистарту өчен өстәмә процесс буларак кулланыла, бүтән процесслар белән туры килә, һәм аеруча металл пычракларны бетерүдә ачык өстенлекләргә ия. Ләкин, хлорның токсиклылыгы, коррозивлыгы һәм әйләнә-тирә мохитнең пычрануы билгеле бер дәрәҗәдә бу процессның популярлашуын чикли. Моннан тыш, ультра - югары - чисталык графиты җитештерү кыен, һәм тотрыксыз система аның практик кулланылышына да тәэсир итә.
3.4 Гидрофлор кислотасы ысулы
Чимал рудадагы пычраклыклар гидрофлор кислотасы белән реакциядә су - эри торган флюоридлар һәм флюоросиликатлар ясыйлар, алар югары - класслы графит алу өчен су юу белән чыгарыла.
Гидрофлор кислотасы ысулының төп өстенлекләре - пычраклыкны бетерүнең югары эффективлыгы, продуктның югары дәрәҗәсе, графит эшенә аз тәэсир итү, һәм аз энергия куллану. Кимчелек - гидрофлор кислотасы бик агулы һәм коррозив, җитештерүдә куркынычсызлыкны саклау чараларын таләп итә, һәм әйләнә-тирә мохитне саклау буенча югары инвестицияләр аның икътисади көндәшлелеген киметә.
3.5 High - Температураны чистарту ысулы
Графитның югары кайнау ноктасы бар, ә башка пычракларның аз кайнау ноктасы булган принципка нигезләнеп, углерод күләме 80% булган табигый графит 1500 {градуслы чистарту миченә урнаштырыла, түбән - кайнап торган пычракларны газлаштыру һәм бетерү өчен. Аннары 2500 мичкә керә2800 градус пычракларны бетерү өчен, һәм ниһаять, 2800 мич3200 градус HF һәм HCl газлары белән. Бу газлар югары - кайнап торган металл пычраклары белән реакциядә түбән - кайнап торган флоридлар һәм хлоридлар барлыкка китерәләр, алар газлаштырылган һәм агызыла. Шул рәвешле, табигый графит 99,99% ~ 99.9998% углерод күләменә кадәр чистартыла.
Графит чисталыгына тәэсир итүче төп факторларга чимал сыйфаты, графитның чисталыгы, графитизация җылыту ысулы һәм графит кисәкчәләре зурлыгы керә. Бу процесс чимал чисталыгы, материаль нечкәлек һәм җиһаз технологиясенә югары таләпләр куя, югары энергия куллану һәм зур инвестицияләр белән. Шуңа күрә аның хәзерге кулланылышы чикләнгән, нигездә аэрокосмик, милли оборона һәм атом сәнәгате кебек махсус өлкәләрдә, графит сыйфаты бик югары.
3.6 Галоген газын чистарту ысулы
Industrialгары - соңгы сәнәгать кушымталары (мәсәлән, ярымүткәргеч индустриясе) 99,999% тан графит чисталыгын таләп итә, моны югары - температураны чистарту белән генә ирешеп булмый. Тармак гадәттә галоген газын чистарту ысулын куллана (шулай ук физик чистарту дип атала). Мич температурасы һәм вакуум дәрәҗәсе арту белән, графит продуктларындагы кайбер пычраклар автоматик рәвештә үзгәрә. Higherгары температураны таләп иткән бүтән пычраклар өчен галоген газлары (нигездә хлор һәм галоген углеводородлар) аларны аз эрү һәм кайнату нокталары белән галидларга әйләндерәләр. Берләштерелгән эш кысаларында, графит чистартуга пычраклар чыгарыла.
4. High {{1} urity Чисталык графиты кушымталары
4.1 Майлау материаллары
Гомуми каты майлау материалларының берсе буларак, графитның катлам структурасы аңа {{0} ub майлау үзлекләрен бирә. Металллар белән коры сүрелү вакытында кысу һәм кыру стресслары астында, графит катламнары тайпылып, микроскопик рәвештә металл сүрелү өслегендә нечкә графит тапшыру пленкасын формалаштыралар. Шулай итеп, графит белән металл арасындагы коры сүрелү коэффициенты металллар белән чагыштырганда түбәнрәк, аны гадәти {{3} ub майлау материалы итә.
Металл - графит сүрелү парларына гадәттә 45 # корыч, 40Кр корыч, дат басмаган корыч, чуен, бакыр эретмәсе һ.б. керә. Механик сүрелү парлары арасында сүрелү һәм киемне киметү - механик өлешләрнең эффективлыгын һәм хезмәт срогын күтәрүнең төп ысулы. Йөкнең, температураның, сикерү тизлегенең, морфологиянең һәм текстураның эффектларын өйрәнү графитның хезмәт срогын озайтырга ярдәм итә - металл сүрелү парлары.
4.2 Мөһерләү материаллары
Киңәйтелгән графит түбән җылылык киңәйтү коэффициенты белән (1 × 10⁻⁶ ~ 30 × 10⁻⁶ K⁻¹) post {0} post эшкәртелгәннән соң сыгылучан графитка эшкәртелергә мөмкин. Ул түбән температурада ватылмый, ярылмый, югары температурада йомшармый һәм кысылмый.
Традицион мөһерләү материаллары (асбест, каучук, целлюлоза һәм аларның композитлары) белән чагыштырганда, сыгылмалы графит киң хезмәт температурасы диапазонына ия (һавада 200 ~ 450 градус). Шуңа күрә киңәйтелгән графит машина, металлургия, автомобиль, судно төзү, нефть химиясе һәм башка өлкәләрдә мөһерләү материалы буларак киң кулланыла.
4.3 Ут {{1} ard Саклаучы материаллар
Зурайтылган графит полимерлар, резиналар һ.б. белән кушылырга мөмкин, ут үткәрми торган материаллар. Янгын чыккан очракта, киңәйтелә торган графит тиз киңәя, материаль өслектә киңәйтелгән җылылык изоляциясе катламын формалаштыра, искиткеч җылылык изоляциясен тәэмин итә һәм агулы газлар чыгаруны тыя.
4.4 Электрод композит материаллары
Зурайтылган графит, югары актив өслеге, югары химик тотрыклылыгы, яхшы җылылык һәм электр үткәрүчәнлеге, җиңел әзерлеге аркасында төрле батарея электрод материалларын әзерләү өчен кулланыла. Аның тотрыклы структурасы велосипедта электрод материалларының күләмен киңәйтүне (мәсәлән, Li / S яки Li / Si батарейкаларында) чикли, цикл тормышын яхшырта.
Моннан тыш, киңәйтелә торган графитның зуррак үзара бәйләнеше Li⁺, Na⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ металл {{0} ion ион икенчел батарейкаларда (литий {{1} ion, натрий {{2} ion ион, магний {{3} ion, цинк {{4} ion ион батарейкалары) инкальләштерү өчен күбрәк урын бирә. Зурайтылган графит шулай ук суперкапсаторлар өчен электрод материалы буларак кулланылырга мөмкин.
Моннан тыш, полимер матрицасы белән киңәйтелгән графит композитлары җиңел, аз - бәясе һәм формалаштыру җиңел. Электр үзлекләрен киңәйтелгән графит дозасын үзгәртеп киң көйләргә мөмкин.
4.5 Традицион һәм югары - Ахыр җитештерү
Металлургия электродлары һәм фабрика сәнәгате - графитның традицион куллану өлкәләре, нигездә электродларны эретү һәм корыч, бакыр, алюминий һәм башка - кара металл формаларын кую өчен кулланыла. Карандаш җитештерүдә графитка сорау чагыштырмача тотрыклы булып кала.
Графит материалларында гади структура, хезмәт күрсәтү - бушлай, киемгә каршы тору, зур йөк - күтәрү сәләте һәм көчле тәэсиргә каршы тору, һәм атом энергиясе, гидроэнергетика, аэрокосмос һәм хәрби кырларда зур - масштаблы җиһаз компонентларында киң кулланыла.
4.6 Атом энергиясе материаллары
Атом энергиясе өчен графит югары - температура газ - суытылган реактор үзәгендә, үткәргеч, ягулык элементлары һәм ярдәм компонентлары кебек киң кулланыла. Россиянең алдынгы атом төп насосларында подшипниклар һәм подшипниклар күбесенчә кремнийлы графит кулланалар. Графит атомның яхшы эшләвенә ия һәм реакторларда модератор һәм рефлектор буларак еш кулланыла.
4.7 Ярымүткәргеч материаллар
Ярымүткәргеч тармагында графит продуктлары югары - температураны җылыту җайланмаларында киң кулланыла, мәсәлән, кристалл үсеш мичләре, карбонизация мичләре һәм графитизация мичләре.
Өченче - буын ярымүткәргеч кремний карбид (SiC) өчен югары - чисталык графит продуктлары кристалл үсү өчен графит крестибллары, җылыткычлар һәм порошокны үз эченә ала, аларның чисталыгы SiC кристаллларының сыйфатын билгели. Мондый югары - чисталык графитын чистарту, гадәттә, физик - химик ысуллар куллана, чисталык таләп итә 99,9995% тан зуррак яки тигез, аерым пычракларга чик чикләре белән (мәсәлән, B 0.05 × 10⁻⁶ ким яки тигез, Al 0.05 × 10⁻⁶ ким яки тигез).
4.8 Синтетик бриллиант материаллары
Хәзерге вакытта, бер - кристалл бриллиант, нигездә, High - басым High - Температура (HPHT) ысулы һәм химик пар парламенты (CVD) ысулы белән синтезланган. CVD водород {{4} uses куллана, газлар (метан, водород һ.б.), водород пычракларына һәм бриллиант кристаллындагы стресска китерә. Катализатор буларак традицион эретмәләр белән HPHT бриллиант металл пычракларны үз эченә ала, "ультра - саф" бриллиант синтезын бик катлаулы һәм катлаулы итә.
Recent breakthroughs in static ultra-high pressure technology have enabled direct synthesis of diamond from graphite under extreme P-T conditions (>15 GPa, 2000 градус). Мондый шартларда графит бриллиантка тиз үзгәрә, сантиметр - зурлыктагы поликристалл агрегатлар җитештерә.
Йомгаклау
Кытайда кулланылган графитның төп формаларына югары - чисталык графиты, изостатик басу графиты, киңәйтелә торган графит, фторлы графит, коллоид графиты һәм графен керә. Графит чисталыгын яхшырту - барлык графит продуктлары арасында уртак таләп - фундаменталь, ләкин катлаулы.
High - югары - чисталык графитына сорау үсә бара һәм чисталык таләпләре көннән-көн катгыйлана бара, бәйләнешле технологияләр алга китешне көтеп тора.
