膨胀石墨化学氧化法制备技术研究进展 (2003年)
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第
25
卷第
4
期
2003
年
12
月
长安大学学报(地球科学版)
Vol. 25 No. 4
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1
(1.西安交通大学材料科学与工程学院，陕西四安
710049;
2
长安大学地球科学与国土资源学院，陕西西安
710054)
[摘要]
膨胀石墨是石墨的重要深加工产品之一。目前膨胀石墨工业生产用的最多和最成熟的方法是
化学氧化法，具有很多优点。由于这种工艺生产过程存在环境污染，产品在应用中对设备有腐蚀，高温
抗氧化性及强度不高等原因，限制了其进一步发展。介绍了近年来围绕化学氧化法制备工艺及产品性
能改进问题国内外研究的主要进展。讨论了利用低品位和细鳞片石墨原料，降低或消除生产过程中的
N
Ox，重金属离子的污染，降低产品的含硫量和腐蚀性，提高产品的膨胀倍数、抗氧化性和强度，改进产
品的膨化工艺等方面的技术措施及应用效果。指出了化学氧化法进一步发展的方向和应用前景。
[关键词]
膨胀石墨;化学氧化法;石墨层间化合物;制备技术
[申国分类号]
TQl72
[文献标识码]
A
[文章编号]
1007
-
9955(2003)04
-
0085
-
07
[作者简介]
刘开平(1
954
-)，男，陕西蓝田人，高级工程师，博士研究生，现从事矿物材料及复合材料
的教学和科研工作。
1
概况
膨胀石墨于
1841
年由德国
Shafautl
在将石墨
浸入浓硫酸和改硝酸中时首次发现。
20
世纪
30
年
代
Hoffman
FrenzeI
应用
X
射线对层间插入化合物
的石墨结构第一次作了较系统的研究。
1963
年美
国联合碳化物公司首先申请了膨胀石墨密封材料专
利，并于
1968
年开始工业生产。
1971
年美国洛克
惠尔阀门工程研究设计中心试验所为解决核能阀门
泄漏问题，采用美国
9
家公司生产的
16
种不同类型
的密封填料，在
64
个试验点进行对比试验，结果表
明，由膨胀石墨制造的材料密封效果居于首位，于是
引起同行业的高度重视。之后，膨胀石墨的许多优
异性能陆续被发现，在很多领域显示出极大的应用
潜力，使其得到迅速发展，成为当今世界上一种多功
能多用途的新型材料，目前已广泛应用于多个工业
部门。
石墨是典型的层状结构矿物。由于层间结合力
远小于层内结合力，在物理或化学作用下，化学物质
(插层剂)就可能侵入层间，并与碳原子键合，在石墨
[收稿日期]
2003
一
02-14
的
C
轴方向形成超点阵，成为一种纳米尺度结合的
层状结构复合材料，称之为石墨层间化合物
( Graphi
te
intercalation
compounds
，简称
GICs)
，其中
能够在高温下迅速膨胀的
GICs
称为可膨胀石墨。
可膨胀石墨主要有两种制备方法，即化学氧化
法和电化学氧化法，其中化学氧化法是工业上应用
最多和最成熟的方法。化学氧化法一般是将天然鳞
片石墨在插层剂和氧化剂的洛液中进行浸泡，在强
氧化剂的作用下，插层剂插入石墨层间，然后经过脱
酸、水洗、干燥，成为可膨胀石墨。将可膨胀石墨置
于
800-1000
'c的高温下，其体积迅速膨胀，膨胀
达
100
倍以上，成为一种蠕虫状物质，称之为膨胀石
墨，以膨胀石墨为原料加工制成的密封制品称为柔
性石墨。
由于化学氧化法工艺中插层剂一般为浓硫酸，
氧化剂一般为发烟硝酸、重锚酸伺、高锚酸何、高氯
酸、三氯醋酸及其它们的混合物等，因而这种工艺耗
酸量大，生产过程中有
SOx
，
NOx
等有害气体或重
金属离子的污染，且产品中有硫残留，在应用中对设
备有腐蚀。同时产品的高温抗氧化性及强度也不
高，限制了其进一步发展。近年来，围绕化学氧化法
的制备工艺及产品性能改进问题，国内外开展了大
量的研究工作，取得了一定的进展。
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