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石墨( graphite )为矿物名称,通常产于变质岩中,是由煤或炭质岩石(或沉积物)受区域变质作用或岩浆侵入作用形成的。 石墨是元素碳的同素异形体,每个碳原子周边连接着其他三个碳原子,排列成蜂巢状的多个六角形,各层间有微弱的范德华引力。 每个碳原子都发射电子,这些电子可以自由移动,所以石墨是导体。 石墨是其中软的矿物之一,不透明,手感油腻,颜色从铁黑色到铁材料,分散在晶型、薄片、鳞片、条纹、层状或变质岩中。 化学性质有惰性,具有耐腐蚀性。
碳的存在形式多种多样。 有金刚石、石墨等结晶性单质碳。 有煤等非晶质碳。 具有动植物等复杂有机化合物的碳酸盐(大理石等)。 单质碳的物理和化学性质取决于其晶体结构。 高硬度金刚石和柔软光滑的石墨的结晶结构的外观、密度、熔点等不同。
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。
1) 耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。
2) 导电、导热性:石墨的导电性比普通非金属矿高100倍。导热系数超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随着温度的升高而降低。甚至在的温度下,石墨也会变成绝热体。石墨之所以能导电,是因为石墨中的每个碳原子只与其他碳原子形成3个共价键,每个碳原子仍然留下1个自由电子传输电荷。
3)润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
4)化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
5)可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。
6)抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。