石墨是碳的结晶矿物之一。1565年作为一种矿物被发现,1779年确定它的成分是碳,1789年定名为“石墨”(希腊文为“写”之意)。石墨的颜色为黑色,晶体为六方板状,但少见,一般呈薄片状或鳞片状,集合体呈土状,为隐晶质体。质软、硬度小,摩氏硬度为1~2,能污染纸张。比重2.1~2.3。具有一组极完全解理。
石墨晶体属六方晶系,具典型层状结构。每一层中的碳原子按六方环状排列,每一原子为相邻的三个原子所围绕,其间距为1.42Å。而层与层之间的距离为3.4Å 。层内具有共价键–金属键,而层间为分子键。
石墨的工艺技术特性有:
1、耐高温
石墨是目前已知的最耐高温的材料之一。在2000℃之上时,一般材料早已化为气体,或呈熔融状态,就是一些难熔的金属在2500℃左右也会失去强度。如钨是已知的金属中熔点最高的,达3600℃,但在此温度下(还原气氛中)石墨是不会熔化的,它的熔点为3850℃±50℃,沸点达到4250℃。把各种耐温的材料置于7000℃超高温电弧下10S,石墨的损失最小,按重量计,石墨损失0.8%,尼龙纤维增强酚醛塑料损失1.2%,碳化硅损失1.7%,高铝刚玉损失8.2%,最耐高温的金属氧化物—氧化锆损失12.9%。由此可见,石墨的耐高温性能是很突出的。
一般材料在高温下强度逐渐降低,而石墨在加热到2000℃时,其强度反而较常温时提高一倍。但石墨的耐氧化性能差,随着温度的提高,氧化速度逐渐增加。
2、特殊的抗热震性能
石墨具有良好的抗热震性能,即当温度突然变化时,热膨胀系数小,因而具有良好的热稳定性,在温度急冷急热的变化时,不会产生裂纹。
3、导热性和导电性
石墨具有良好的导热性和导电性。虽然石墨的导电性不能与铜、铝等金属相匹敌,但与一般的材料比,其导热导电性是相当高的,如比不锈钢高4倍,比碳素钢高2倍,比一般的非金属高100倍。
石墨的导热性,不仅超过钢、铁、铝等金属材料,而且随温度升高,导热系数降低,这和一般金属材料不同,一般金属的导热系数随着温度的升高而增大。在极高的温度下,石墨甚至趋于绝热状态。因此在超高温条件下,石墨具有隔热性。
4、润滑性
石墨的润滑性能类似于二硫化钼,摩擦系数小于0.1.其润滑性能随鳞片大小而变,鳞片愈大,摩擦系数愈小,润滑性能愈好。
5、可塑性
石墨具有可塑性,可展成透气透光薄片,但高强石墨硬度很大,以至用金刚石刀具都难以加工。
6、化学稳定性
常温下石墨具有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱、耐有机溶剂的腐蚀,但高温时易氧化。