石墨是碳的一种同素异形体,由碳原子构成。在自然界中,石墨可以以晶体、鳞片状或无定形的形式存在。工业上普遍的使用的石墨是经过特殊处理的天然石墨和合成石墨,具有优良的电导性、热导性和化学稳定性。石墨在高温下也能保持其结构不变,因此常被用作高温材料。
其实,“石墨化”并不是一个真正的化学反应,而是一个微观结构变化的过程。这样的一个过程通常发生在碳素或低合金钢中,当这些材料长时间暴露在425至550摄氏度的高温下时,就会发生所谓的“石墨化”。
这个温度区间被称为“石墨化温度范围”,在该温度范围内,珠光体(一种铁素体和渗碳体的混合组织)会分解为铁素体和石墨。铁素体是一种硬且脆的材料,而石墨则是一种软且脆的材料。当珠光体分解成铁素体和石墨时,材料的强度会明显降低,导致材料变得脆化。
为了避免这种情况的发生,能采用一些措施来防止或减缓石墨化过程。例如,能够最终靠调整材料的成分来改变其微观结构,或者通过改变环境条件来控制温度和时间。此外,还能够正常的使用涂层等方法来保护材料免受高温的影响。
石墨化是工业过程,其中碳被转化为石墨。这是碳素或低合金钢发生的微观结构变化,这种变化会长时间暴露在425至550摄氏度的温度下,例如一千小时。这是一种脆化。例如,碳钼钢的微观结构通常包含珠光体(铁素体和渗碳体的混合物)。当这种材料来石墨化处理时,会导致珠光体分解为铁素体和无规分散的石墨。这会导致钢的脆化,并且当这些石墨颗粒随机分布在整个基体中时,会导致强度的适度降低。但是,我们大家可以通过使用对石墨化不那么敏感的电阻更高的材料来防止石墨化。此外,我们能够最终靠修改环境(例如,通过增加pH值或减少氯化物含量。还有另一种防止石墨化的方法,该方法包括使用涂层。铸铁的阴极保护。
需要注意的是,“碳化”也是一种与石墨化相关的过程。碳化是指将有机物转化为碳的过程,这种转化可以通过高温加热来实现。在碳化过程中,有机物中的碳原子会重组并形成新的碳结构,如石墨烯、碳纳米管等。这些新的碳结构具有独特的物理和化学性质,因此在许多应用领域中都有重要的应用价值。
碳化是工业过程,其中有机物转化为碳。我们在这里考虑的有机物包括植物和动物尸体。该过程通过破坏性蒸馏发生。这是一个热解反应,被认为是一个复杂的过程,在该过程中,我们大家可以观察到许多同时发生的化学反应。例如,脱氢,缩合,氢转移和异构化。碳化过程与碳化过程不同,因为碳化是一个更快的过程,因为它的反应速度快了许多数量级。通常,施加的热量可以控制碳化程度和外来元素的残留含量。例如,在1200K温度下,残余物的碳含量为约90%重量,而在约1600K温度下,残余物的碳含量为约99%重量。通常,碳化是放热反应,我们大家可以使其自持,也可以将其用作不形成任何二氧化碳气体痕迹的能源。但是,如果生物材料暴露于热的突然变化(例如在核爆炸中),则生物物质会尽快碳化,并变成固态碳。
石墨化和碳化都是是两个工业过程,都涉及碳作为反应物或产物。但是碳化涉及将有机物转化为碳,而石墨化则涉及将碳转化为石墨。因此,碳化是化学变化,而石墨化是微观结构变化。