隐晶质石墨：土状石墨(Amorphous, microcrystalline, <1um)。 天然鳞片石墨的开采：石墨亲油疏水 采矿粉碎浮选电选重选水洗干燥包装（中碳石墨,80-
94%）
Crystal unit> 1µmຫໍສະໝຸດ Flake graphite
<1µm
Microcrystalline graphite （晶粒很细）
间相沥青分子[2]; (c) 萘系中间相沥青分子[3] 萘系即卫生球
[1] Zimmer JE, White JL. Disclination structure in carbonaceous mesophase and graphite. Aerospace report, 1976: 1-5
[2] Fitzer E. Carbon fibers and their composites. New York: Springer-Verlag, 1985 [3] Mochida I, Shimizu K, Korai Y, et al. Preparation of mesophase pitch from aromatic
0.3354nm（理想单晶石墨）。 实际上人工炭达不到0.3354nm
石墨化度G: (0.344-d002)/(0.344-0.3354)
Formation of graphitic regularity
Homogeneous graphitization
Heterogeneous graphitization
天然鳞片石墨的提纯
化学提纯：
酸法：在反应釜中与HCl, HF, HCl+HF反应（一定温度下），再水 洗干燥筛分包装(99.8%)
HF是一个祸害，对环境污染很厉害，对人危害也很大，剧毒
碱法：中碳石墨熔融烧碱水洗盐酸中和水洗干燥筛 分包装(99.9%)
高温提纯：卤素气体，高温下通入卤素气体与石墨中的灰份反应 （99.99%），加热到2500°C以上
天然鳞片石墨的提纯(二）
物理提纯： 石墨在4500C以上升华，将石墨在石墨炉中加热到3000C以上， 低沸点灰份蒸发去(99%)
天然石墨的改性
粉体颗粒改性 球形化 表面氧化 表面包覆 插层
人工炭材料
碳黑用作橡胶的增强剂
人工炭材料的原料
各种富碳的有机物 动植物（木、竹、骨等） 煤 油 气 树脂
hydrocarbons by the aid of HF/BF3. Carbon, 1990, 28(2): 311-319
炭质中间相形成的“颗粒单元基本构筑”理论
炭质中间相形成的BGBU过程
石墨化(Graphitization)
由碳向有序排列的石墨结构转变。高于2500C。 晶体尺度（Crystallite size Lc）：由5nm（碳）增加到100nm以上。 面间距(Interlayer spacing d)：由0.344nm以上（未完全石墨化）降到
炭化(Carbonization)
原料在还原性或惰性气氛中缓慢加热，有机物分解成残余碳和挥发性 化合物，几种反应同时发生： ——脱氢反应，凝聚反应，同素异质转变。 ——热解，热聚（链变成环（芳香环））
残余碳含量与原料种类和热解温度有关 ——90wt%,900C; 99wt%,1300C 碳收率(Carbon Yield): 炭化后残余碳含量与炭化前原料质量之比
石墨材料材料加工制备
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第一章 碳材料的制备
天然碳材料 天然石墨的类型 提纯 改性
人工碳材料 原料 碳化（气、液、固） 中间相 石墨化
天然石墨的种类
晶质石墨：致密晶质石墨(Vein, >0.5mm)，鳞片石墨 (Flake, 1m0.5mm)。碳在石头里过饱和析出，含碳量超过每吨30kg, 就有开采价 值
炭化过程示意图
热聚反应
中间相
液相炭化
原料：沥青、重质油等 通常≤500 ℃进行 出现以缩聚稠环芳香烃结构为主体的液晶状态，即中间相
（mesophase）
是一种有序结构，炭化学叫中间相，实际是液晶
产品：针状焦、MCMB（中间相碳微球）
炭质中间相的形态
图1炭质中间相的典型聚芳烃分子模型. (a) 煤系中间相沥青分子[1]; (b) 石油系中
石墨化机理
l 消除层面内和层面间的缺陷 l 晶体逐渐长大 l 消除交叉键 l ABAB密排结构形成 l 碳环和单原子移动来填充空位和消除位错
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共同学习相互提高