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特种炭素制品

发布时间:2008-08-02 00:00 作者:互联网 来源:百科
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特种炭素制品 (special carbon products)用非传统工艺制取具有特殊的微观组织和晶体结构,呈现某种特殊性能和用途的炭素材料。特种炭素材料有:热解炭(石墨),生物炭,石墨层间化合物,活性炭,金刚石及金刚石薄膜,

特种炭素制品 (special carbon products)

用非传统工艺制取具有特殊的微观组织和晶体结构,呈现某种特殊性能和用途的炭素材料。特种炭素材料有:解炭(石墨),生物炭墨层间化合物,活性炭金刚石刚石薄膜,炭分子筛,炭薄膜,功能梯度材料,炭纤维及其复合材料,高纯高密高强石墨等。其中炭纤维及其复合材料和高纯高密高强石墨另有专条论述。

新技术的发展,对传统炭素材料提出更苛刻的要求。要求不断研究新的工艺以制取特种性能的炭材料及其制品来满足新的用途。炭材料结构上的多样性赋予其性能上的多样性。在晶体结构上,炭素材料有:石墨结构,金刚石结构,及富勒烯结构。在微观结构上有无定形碳,玻璃炭到高度石墨化的炭素材料。还可以在石墨的层间插入其他原子或分子,形成石墨层间化合物,炭素材料的硬度可以从最硬的金刚石到最软的天然石墨;可从电的良导体到半导体;在形态上可从纳米级的超细炭粉到一维的炭纤维,二维的薄膜状炭,三维的大块石墨。同时,它们还具有炭素材料共有的耐腐蚀性、耐热性、低密度等特点,显示出特种炭素材料是炭素材料领域中最活跃,最有前途的一类。特种炭素材料就是通过控制碳的晶体结构,微观组织,宏观形态来达到某种需要的炭素材料。

金刚石系金刚石的晶体结构为正四面体结构,有立方晶系和六方晶系两种晶胞,是最硬的材料。石墨的结构为层状六方形网状结构,是最软的材料之一。人造金刚石主要用作磨削材料,气相沉积可生成金刚石薄膜,其晶体结构从金刚石到结晶性良好的金刚石薄膜,具有很广泛的用途。

热解炭系由气相反应在固体表面上沉积得到热解炭(石墨),它易于石墨化,致密,机械性能好,用于火箭喷管喉衬材料,电子管栅极等。低温各向同性炭为核燃料的包覆层。同时又是优良的生物炭材料,可制作心脏瓣膜,人工骨等。当碳氢化合物和含化合物进行共沉积时可得到C/SiC功能梯度材料。碳氢化合物在催化剂作用下可生长出气相生长炭纤维。生物炭系炭和生物组织有优异的相容性,且自身有良好的机械物理性能,抗疲劳,耐久,用作心脏瓣膜,人工骨等。

活性炭系活性炭有各种形态。具有极丰富的微孔,故有很大的比表面积,作吸附材料,用于水净化处理,气体净化,有机溶剂的回收等,炭分子筛的孔径更小,用于气体分子的分离。

石墨层间化合物系石墨晶体六角网面之间价键比较弱,层间距较大,可插入其他原子,形成石墨层间化合物,按插入原子的不同,石墨层间化合物的理化性能及电学性能等有很大区别。石墨层间化合物的一个重要应用就是柔性石墨,另外,氟化石墨也应用很广。

树脂炭化醛树脂,呋喃树脂炭化可得到玻璃炭,其特点是断裂面呈贝壳状特征,类似于玻璃的断裂面。它致密,不透气。塑性成型炭是树脂与石墨粉混合,经过炭化得到的一种石墨与玻璃炭的混合体,它是用塑料成型技术得到的,因此得到的制品尺寸精度很高,无需二次加工。树脂薄膜经过加压炭化,石墨化可得近似单晶结构的炭(石墨)薄膜。

日本学者大谷杉郎将多环芳烃与相应的连接剂如对苯二甲醇反应,生成COPNA树脂,具有很好的耐热性,炭化工艺简单,不用预氧化,这种对先驱体进行分子设计,制取所需结构的炭素材料将是一个很有前途的新领域。其他还有泡沫碳,弹性石墨,胶体石墨等特殊用途的炭素材料。


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