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石墨材料在高溫下發(fā)生的物理化學(xué)變化是什么？

jcshimo | 2023-09-02 09:26:03

石墨材料首要是由多晶石墨構(gòu)成。石墨是以一種碳原子之間呈六角形平面網(wǎng)格的層狀晶體。盡管石墨歸于無機(jī)非金屬材料，但因它具有出色的熱電傳導(dǎo)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(dǎo)性，石墨材料在高溫下發(fā)生的物理化學(xué)變化。
石墨材料的化學(xué)性質(zhì)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(zhì)發(fā)生作用，其首要反應(yīng)有：在高溫下與氧化性氣氛或強(qiáng)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(xué)反應(yīng)在350℃左右，無定形炭即有睨顯的氧化反應(yīng)，石墨在450℃左右也開端發(fā)生氧化反應(yīng)。石墨化程度愈高，石墨的晶體結(jié)構(gòu)愈無缺，其反應(yīng)活化能大，抗氧化性能好，在800度以內(nèi)，抵達(dá)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(nèi)，粘結(jié)劑炭有優(yōu)先氧化的傾向，所以氧化反應(yīng)進(jìn)行到必定程度時，骨料顆粒會發(fā)生掉落。
在較低的溫度下，如空氣供應(yīng)滿意，炭和石墨材料則首要進(jìn)行如下反應(yīng)：C+O2—CO2在較高的溫度下，炭和石墨材料又開端發(fā)生如下反應(yīng)：C+1／ZO2一CO赤熱的炭和石墨材料與水蒸氣約在700℃左右開端反應(yīng)：C+H2O—CO+H2C+2H2O—C02+2H2赤熱的炭和石墨材料與CO的氧化反應(yīng)在更高的溫度下才能進(jìn)行：C+CO2—2C0炭與氣體之間反應(yīng)應(yīng)歸于氣固反應(yīng)，氧化反應(yīng)速度與其時的反應(yīng)面積大小、材料的氣孔率及氣體壓力等要素有關(guān)，其反應(yīng)速度既取決于表面的化學(xué)反應(yīng)速度，也與氣體分子向材料內(nèi)渙散有關(guān)。
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(nèi)部，參加反應(yīng)的表面積大，氧化速度就快，當(dāng)運(yùn)用溫度低時，氧化反應(yīng)速度不高，氣體分子有滿意的時間渙散到材料內(nèi)部，這時氧化反應(yīng)速度與材料的氣孔結(jié)構(gòu)及反應(yīng)活性有關(guān)。當(dāng)溫度高于800~C時化學(xué)反應(yīng)速率快，而氣體分子向材料氣孔內(nèi)渙散卻因熱運(yùn)動而減慢，氧化反應(yīng)只在表面進(jìn)行，氧化速率受表面氣流速度所分配與材料種類聯(lián)系較小。
材料所含雜質(zhì)對氧化反應(yīng)起催化作用，所以高純石墨與一般石墨的氧化性有睨顯差別。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。石墨層間化合物的生成石墨的碳原子在其層面內(nèi)是通過共價鍵牢固地銜接在一起的，而在層間則靠較弱的范德華力結(jié)合。
因而，在石墨的層間刺進(jìn)各種分子、原子、離子而不損壞其二維晶格，僅使層間距增大，可以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原料。在石墨層間化合物中已得工業(yè)上廣泛應(yīng)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(jìn)步柔性石墨的抗氧化性，在柔性石墨中加入硼酸、熱固樹脂、無機(jī)物膠體等粘合劑。由此可見，炭素材料在非氧化性介質(zhì)中集耐熱性、導(dǎo)電性于一體，但在氧化性占優(yōu)勢的環(huán)境中，溫度高于627K就開端發(fā)生氧化反應(yīng)，而且跟著溫度的升高，氧化速度加速，結(jié)構(gòu)因而而遭到腐蝕、損壞、影響其高溫下的運(yùn)用。所以，石墨材料的抗氧化維護(hù)問題正在遭到廣泛重視。
以上就是石墨材料在高溫下發(fā)生的物理化學(xué)變化，希望對您有所幫助。別的石墨在非氧化性介質(zhì)中是化學(xué)惰性的，具有很好的耐腐蝕性，除了強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性介質(zhì)外，石墨不受其它酸堿鹽的腐蝕、不與任何有機(jī)化合物反應(yīng)。