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膨胀石墨的结构与性质 对膨胀石墨而言，一级膨胀还不能对物质的性质产生明显的影响，还需要将化学处理后的石墨再进行高温膨胀，这就是二级膨胀。石墨在湿式氧化时，反应是在石墨晶体某些特定区域里发生的，在边缘区域里发生的反应，往往容易引起石墨晶体的破坏，但在石墨层间形成层间化合物的反应，即可保留层状结构，又可增加层间距离，还可改善某些性质。膨胀石墨就是将天然石墨经特定的化学处理，使其形成某种层间化合物，再经高温热处理，使层间化合物分解，并有气体生成，从而产生较大的推力，使石墨沿C轴得到急速膨胀，结果形成一种具有优良柔韧性的物质，通常叫膨胀石墨或称柔性石墨，其外形像“毛毛虫”，俗称“蠕虫”。“蠕虫”愈粗愈长，制成的密封材料的质量也愈好。
要得到高质量的“蠕虫”，与许多因素有关。例如原料的质量，化学处理剂的配方、浓度、处理条件；膨胀温度、速度、时间，样品的温度、膨胀方式等等，总之，最关键的因素是化学处理和热膨胀两项。
采用不同配比的混合液作处理剂，将天然石墨进行一级膨胀，然后再在高温进行二级膨胀，堆积密度变小，结果使石墨的密度从原来的1.08/克cm3，降至0.002~0.003克/cm3,石墨的体积急速增大至原来的几十至几百倍。结果材料变得既轻，又松且柔。
在高倍数的显微镜下观察，膨胀石墨与天然石墨有明显的差距。
综上所述，从结构角度看，膨胀石墨是一种既具有天然石墨的层状晶格，又具有大量“橡皮船”式结构单元的特殊物质。正是这种特殊结构，给膨胀石墨材料带来一系列优良的性能。
1、膨胀石墨撑开的平面层会自动蜷曲，力求变成球形以减少体系的自由能，结果就形成许多封闭的或半封闭的小球体。当支撑密封材料时，它们又彼此牵搭，扭结在一起，从而形成整个材料的疏松多孔的网状结构，这就是材料具有优良的柔韧性、回弹性、可塑性、密封性和低密度等等性质的主要原因。
2、石墨膨胀后，体积极大地增加，体系的表面积增大，表面自由能增高，物质的吸附性能增强，所以它能在不加任何粘结剂的情况下，加压自粘成型和成材，同时表面吸附的空气和水分子数目增多，表面形成氧化膜，于是提高了材料在使用时的润滑性能，故在实际使用中减少摩擦功耗，而又显著的节能效果。
综上所述，膨胀石墨一方面保留了天然石墨的耐高温、耐腐蚀、耐辐射，自润滑性以及微晶的各向异性等等性质；另一方面又新增添了柔韧性、回弹性、可塑性、密封性、自粘性、低密度以及宏观材料的各向异性等等性质。
3、膨胀石墨的强度问题 膨胀石墨作为密封材料具有许多优良特性，但最主要的缺点是机械强度比较低，这是国内外都在努力研究解决的一个问题。要提高材料的强度，首先要弄清楚该材料强度不高的原因。
从本质上讲，材料的强度决定于原子及分子间结合力的大小。晶体的断裂，一般有两种方式：一是原子间分离造成的脆性断裂。脆性断裂都是沿晶体的 解理面进行的；二是晶体的切变破坏，即某些晶面沿一定方向相对滑移，由此而产生塑性变形以致断裂。对膨胀石墨而言，后者是主要原因。
综上所述，欲提高材料强度的途径有二： （1）设法消除或减少材料结构上的缺陷、裂纹和孔洞，在于形成较多的比较粗大的“橡皮船”式结构。
（2）在材料的晶体结构中，设法造成各种障碍，阻止位错运动，减少切变破坏。可在膨胀石墨中掺入其他物质，造成位错障碍。
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发表于 2017-9-20 15:57:09
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