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1,、性質(zhì)：氟化石墨是碳和氟直接反應(yīng)而制得的一種石墨層間化合物。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式可用（Cfx）n來(lái)表示,。其中X為不定值,，大小為0＜X＜1.25。氟化石墨的性質(zhì)隨分子式中碳和氟的比值不同而不同,。CF（1-1.25）稱為高氟化度石墨CF（0.5-0.99）被稱之為低氟化度石墨顏色隨著氟含量的增加,，由灰黑色變?yōu)檠┌咨叻仁哂袃?yōu)良的熱穩(wěn)定性,，是電和熱的絕緣體,，不受強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的腐蝕，潤(rùn)滑性能超過(guò)MoS₂和鱗片石墨,，試驗(yàn)證明,，在任意溫度下，其磨損壽命優(yōu)于MoS₂作為潤(rùn)滑臘的添加劑,，能顯著提高部件的支承負(fù)荷和降低潤(rùn)滑部件的表面溫度,。低氟化度氟化石墨外觀為灰黑色熱穩(wěn)定性較差，一般不作潤(rùn)滑劑使用氟化石墨具有較大的潤(rùn)濕接觸角和,、及較低的表面能,，其接觸角如表5-64所示。

表5-64 氟化石墨在30℃以下的接觸角表（度）

   氟化石墨仍保持層狀構(gòu)造，但和原來(lái)晶體比較,，其層間分子間力弱得多,。由于氟原子的插入和層間相對(duì)滑動(dòng)而使基面疊層發(fā)生變化，出現(xiàn)AAA構(gòu)造,，它可以看作是共價(jià)鍵的氟插入石墨層間而形成的石墨層間化合物,。故具有一般氟化物所不同的物理化學(xué)性質(zhì)。從表5-6所可知,，氟化石墨具有親水親油性,，其*之處是低面能和高潤(rùn)滑性，是一種新型的功能材料,。

2,、用途：關(guān)于氟化石墨的研究歷時(shí)已久，早在1914年RUH等通過(guò)控制爆炸和燃燒反應(yīng)合成了灰色的氟化石墨-CF_0.29，到了四十年代Ruidorff通過(guò)嚴(yán)密控制反應(yīng)溫度合成CF_0.67~0.985氟化石墨,，1948年美國(guó)人potim等在420~450⁰C條件下合成了（CF_1.04）n高氟化度石墨,。但早期的研究停留在合成產(chǎn)物的射線分析上，至于其他物化性質(zhì)及開發(fā)利用研究還是近期的事,，特別是近年美國(guó)NASA報(bào)導(dǎo)了氟化石墨的潤(rùn)滑性能的研究成果以及氟化石墨作為高能電池活性能的研究結(jié)果以及氟化石墨作為高能電池活性物質(zhì)重要材料引起了國(guó)內(nèi)外研究工作者的注意,，使得以其為中心的研究十分活躍，氟化石墨成為一研究熱點(diǎn),，被認(rèn)為是一種很有希望石墨間化合物,。氟化石墨（以下簡(jiǎn)稱“GF”），其結(jié)構(gòu)為（CF）_n,，因其性能突出,，故作為潤(rùn)滑劑，防濕劑,，防污劑及電池活性物質(zhì)等而得廣泛應(yīng)用,，并獲得了有關(guān)部門好評(píng)。主要用途：

2.1,、固體潤(rùn)滑劑：石墨和MOS₂以來(lái)作為固體潤(rùn)滑劑,，但有缺點(diǎn)，石墨在真空中和還原性氣氛中潤(rùn)滑性能顯著降低,，MOS₂在空氣中和氧化后表面變?yōu)镸OS₃,，也使?jié)櫥阅芙档汀６?ldquo;GF”表面為化學(xué)鍵（→F）組成的重疊結(jié)構(gòu),，不但表面能小層間距大,，而且化學(xué)性質(zhì)及熱穩(wěn)定性好，在各種苛刻條件下,，其潤(rùn)滑性能也不下降,，特別是在高溫、高壓及高載荷（882Kg/cm²）條件下,，仍然保持良好的潤(rùn)滑性能,，有人曾將石墨，特弗綸,，MOS₂及（“GF”）在相同條件下作潤(rùn)滑試驗(yàn),，試驗(yàn)表明在相同的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，上述四種材料的溫度,、摩擦系數(shù)以及磨損量減少的順序?yàn)椋菏咎馗ゾ]＞MOS₂＞“GF”,。四項(xiàng)指標(biāo)均以“GF”為優(yōu)。

“GF”的潤(rùn)滑性能大體上和氟化程度成正比,，氟化程度越高,，潤(rùn)滑性越好，但產(chǎn)量低，成本高,。故此,，有人建議采用低氟化度石墨及其混合物作為潤(rùn)滑劑，其特點(diǎn)是產(chǎn)率高,，價(jià)格也便宜,。

2.2、高能電池材料：美國(guó),、日本等國(guó)研究證明,，CF_0.5~0.99的氟化石墨作高能電池陽(yáng)極材料，含氟量高則有利于減少陽(yáng)極體積,，使電池小型化,。而高氟化石墨—CF_1.1~1.26雖然含氟量高，但由于電阻率過(guò)大,，因而不宜作陽(yáng)極材料,。1973年日本Matsuhita電氣公司試制成功一種新型高能電池，該電池以“GF”作陽(yáng)極,，金屬鋰作陰極,，中間為有機(jī)電解液，其開路端電壓為2.8~3.2V,，工作電壓為2.8V,，和堿性電池以及普通電池比較，其重量減輕20~30%,，工作電壓及容量高出一倍,，相當(dāng)于4~5節(jié)堿性電池和普通電池。從電位序列考慮,，氟和鋰組成高能,、高功率以及高密度電池是相當(dāng)理想的，因氟化學(xué)性質(zhì)極為活潑,，制成氟鋰電池較為困難,，但通過(guò)（CFx）n構(gòu)成（CFx）n-Li電池是可行的。渡邊等根據(jù)這一設(shè)想,，將活性氟固定在石墨層間，由松下電池（株）制成了（CFx）n-Li電池,，并廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī),、大哥大、鐘表,、照相機(jī),、攝錄象機(jī)和集成電路儲(chǔ)存器上，該電池具有以下特點(diǎn)：（A）電壓及電流密度高；該電池具有較高的電壓及電流密度,。（B）利用率高,，電位平坦性：該電池生成導(dǎo)電性高的碳，故其利用率為,，由于內(nèi)電阻不增加,，因此放電電位可以穩(wěn)定在放電末期。（C）貯存性能好,，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)“GF”不論在電化學(xué)和熱力學(xué)上都是穩(wěn)定的,，自發(fā)電率也非常小，每年為0.5%,，由于采用了有機(jī)電解液,，故能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，一般使用溫度范圍為-20~70⁰C,。“GF”的型式大體上和碳素材料的結(jié)晶度和晶體取向有關(guān),，如纖維狀氟化石墨電池放電電位為2.53V，開路端電壓為3.48V,，這預(yù)示著生產(chǎn)高能電池之前景,，目前氟化石墨電池在國(guó)外已得到普遍應(yīng)用，有Ⅰ型,、Ⅱ型,、鐘表用硬幣型、吊懸用針型等幾種,。

2.3,、核反應(yīng)堆用石墨材料：“GF”可作為核反應(yīng)堆的減速劑，反射材料和涂敷材料,，其優(yōu)點(diǎn)是透氣率小,，污染少和熱中子截面小等優(yōu)點(diǎn)。核子反應(yīng)堆用石墨材料具有以下缺點(diǎn)：即隨反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn),，核裂變產(chǎn)物隨之增加,，這些物質(zhì)被石墨吸附或吸收而污染。核裂變產(chǎn)物一般為Xe,、Ky,、J、Mo,、Fe,、Re、Nb,、Sr,、Ba,、Ce等元素。這些元素的熱中子吸收面積大,，如被石墨吸附,，則其中子吸收面積就會(huì)增大，中子損失隨之增加,，反應(yīng)速率下降,，為解決上述問(wèn)題曾采用浸漬的方法以減少石墨氣孔，但這種方法效果并不十分理想,。研究證明,，采用“GF”作減速劑，雖然熱中子吸收面積并未變化,，但聚變產(chǎn)物的污染現(xiàn)象顯著降低,，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，熱中子吸收面積并不增大,。作為核反應(yīng)堆用減速劑的“GF”,，其結(jié)構(gòu)式為（CFx）n，式中X值在0~1范圍內(nèi),。由于該物質(zhì)表面能小,，化學(xué)性質(zhì)和熱穩(wěn)定性好，用其作為涂敷材料,，防止了核裂變產(chǎn)物被吸附或吸收而污染的危險(xiǎn),。

“GF”的合成方法很多,，但不外乎是干法和濕法二種,。干法是在惰性氣體中將石墨和氟通過(guò)多項(xiàng)接觸而制得。這是較為常用的方法,。濕法即電解法,，其工藝過(guò)程基本和酸化石墨電解氧化法相同，但濕法較酸化石墨合成法復(fù)雜得多,，如溫度,、壓力、供氣量,、原料種類等要求較高,，此外，尚有防爆,、防毒和防腐等問(wèn)題,。

1、干式合成法：干法的實(shí)質(zhì)是將石墨與氟直接接觸反應(yīng)而制得,。反應(yīng)溫度一般為320~650⁰C,，壓力為1~5個(gè)大氣壓，其合成裝置：反應(yīng)器由外殼,、活蓋,、反應(yīng)室、進(jìn)氣管,、排氣裝置,、透氣盛料裝置、網(wǎng)式加熱裝置,、石墨,、夾持環(huán)、可卸孔箱,、隔熱層,、溫度傳感器等組成。凡是和氟接觸部分全部用金屬鎳制造,，其它裝置尚有：指令機(jī)構(gòu),、調(diào)節(jié)器、流量計(jì)為氟和惰性氣體,。氣體調(diào)節(jié)裝置和反應(yīng)室的進(jìn)氣管相連,，并和混合機(jī)構(gòu)相通。排氣部分緊接廢氣凈化裝置,。

合成進(jìn)程如下：將帶隔熱層的外殼上取下活蓋,、箱、夾持環(huán),，壓緊網(wǎng),，在篩網(wǎng)上放入石墨，再按程序?qū)⒎磻?yīng)室裝好,，打開進(jìn)氣管使惰性氣體進(jìn)入反應(yīng)室,，當(dāng)傳感器顯示工作溫度正常時(shí)，指令結(jié)構(gòu)接通氟的通氣管開始供氣,，在流量計(jì)的顯示下,，氣體依次通過(guò)混合器，進(jìn)氣管,，透氣裝置,，石墨，反應(yīng)器,，排氣管和凈化裝置,，借助加熱裝置的功率調(diào)節(jié)器使反應(yīng)室保持規(guī)定的溫度，氟化完畢,，加熱裝置自動(dòng)切斷電源,，并減少氟的供應(yīng)量,，待氟化產(chǎn)物冷卻到規(guī)定的溫度后，惰性氣體進(jìn)氣裝置自動(dòng)停止供氣,，后按加料程序取出氟化石墨,，檢驗(yàn)分析。

影響氟化的因素：（1）反應(yīng)器的構(gòu)造：反應(yīng)器質(zhì)量的優(yōu)劣,，直接影響氟化效果與產(chǎn)率,，產(chǎn)量以及安全生產(chǎn)等方面。有人建議將石墨放在一個(gè)振動(dòng)裝置上,，通過(guò)不斷的振動(dòng)使石墨礦與氟接觸,，以提高反應(yīng)效率，但這種裝置較為復(fù)雜,。第二種是采用流態(tài)化氟化,，從反應(yīng)效率來(lái)看這種裝置較理想，但操作調(diào)節(jié)和防毒都存在問(wèn)題,。前蘇聯(lián)曾設(shè)計(jì)一種立式氟化爐,。該氟化爐的工作原理和一般氟化爐相同，據(jù)稱氟化效果較好,。

（2）原料的種類和特性：合成氟化石墨的原材料主要是石墨,、氟和惰性氣體。石墨的種類,、粒度,、純度和晶體化程度都對(duì)氟化過(guò)程有較大的影響。氟化石墨的原料可以是天然鱗片石墨,，也可以采用熱解石墨,、人造石墨、碳纖維,、焦炭以及炭黑等,。不同的原料其氟化溫度、速度及產(chǎn)率都不一樣,。當(dāng)采用天然石墨時(shí),，反應(yīng)溫度大于500⁰C，則產(chǎn)率下降,，如反應(yīng)溫度小于300⁰C則產(chǎn)率也下降,，但在產(chǎn)率下降的溫度范圍內(nèi)，由于反應(yīng)物的分解和再氧化,，產(chǎn)品結(jié)晶程度有所改善,。

（3）反應(yīng)條件：反應(yīng)條件主要指反應(yīng)溫度、壓力,、時(shí)間,。反應(yīng)溫度取決于材料的類型和產(chǎn)物成分,，反應(yīng)溫度低，則反應(yīng)速率慢,，溫度過(guò)高則產(chǎn)物容易分解,，產(chǎn)率也相應(yīng)降低，并產(chǎn)生有毒氣體,，一般反應(yīng)溫度在300~600⁰C之間，在此溫度范圍內(nèi)可以得到穩(wěn)定的（CF）_n及（C₂F）_n,。

安全制取氟化石墨的方法：氟化石墨的合成方法一般都是采用接觸法,，即將石墨加熱到一定溫度，然后將其與氟及惰性氣體直接接觸而制得,，這種方法的缺點(diǎn)是氟有毒,，對(duì)人及周圍環(huán)境都有不良影響，其次是氟的化學(xué)性質(zhì)極為活潑,，腐蝕性很強(qiáng),，因此，設(shè)備防腐是個(gè)問(wèn)題,，第三是反應(yīng)溫度較高,，有爆炸危險(xiǎn)，研究者希望有一種不用氟氣的安全合成法,。安全合成的實(shí)質(zhì)是把含氟的聚合物和碳在惰性氣體存在下進(jìn)行合成“（GF）”,。反應(yīng)溫度一般為350~500⁰C。含氟化合物一般采用四氟乙烯,、六氟乙烯,，氯三氟乙烯等。碳材料為石墨,、碳黑,、石油焦、木碳及碳纖維等碳素材料,。粒度為50~10μ以下,，以細(xì)為好。F/C之比值根據(jù)原料種類,，反應(yīng)溫度和時(shí)間以及使用目的而定,。惰性氣體以氮或氬為。反應(yīng)時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí),，壓力為1~5個(gè)大氣壓,。

2、濕法：由于干法很難連續(xù)作業(yè),，大規(guī)模生產(chǎn)受到限制,。研究者倡議了電解法,。電解法以石墨為陽(yáng)極，氟氫酸為陰極,，其裝置為陽(yáng)極,、陰極、循環(huán)泵,、半透膜,、氣體逸出孔、電源,，氟氫酸可通過(guò)半透膜,，但石墨顆粒不能通過(guò)，該裝置可連續(xù)生產(chǎn),。

氟化石墨雖然具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、防水,、防油穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)而獲得廣泛應(yīng)用,，也是高能電池的的主要成分，但“GF”很難分散在水中,，其和有機(jī)溶劑的滲合性及可塑性均很差,，研究者希望不添加任何外加劑而使“GF”能很好地分散在水中，為此有人在“GF”中添加膠態(tài)硅,，但“GF”的分散小,，多為60%，因此,，“GF”的優(yōu)良物性不能全部發(fā)揮出來(lái),；孔有學(xué)者建議在“GF”表面復(fù)蓋上一層活性物質(zhì)，但要復(fù)蓋均勻也非易事,，而且復(fù)蓋層也不穩(wěn)定,。

此外，在用“GF”作電極時(shí),，往往需要將“GF”與其它物料混合,，再擠壓成型，但“GF”和其它外加物（樹脂,、四氟乙烯）的親和力差,，不易捏合擠壓成型，因此必須進(jìn)行改性以適應(yīng)各工業(yè)部門的需要,。

1,、改性工藝過(guò)程：將水100份（重量），有機(jī)溶液1~100份或表面活性物質(zhì)1~50份充分混勻，再加入“GF”100份及乙烯基單體0.1~100份混勻,，后加入聚合引發(fā)劑再進(jìn)一步混勻,，聚合引發(fā)劑的加入量為乙烯基單體重量的0.01~20%，反應(yīng)溫度一般為50~70⁰C,，反應(yīng)時(shí)間為1~5小時(shí),。提高溫度可以縮短反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)完畢,，進(jìn)行過(guò)濾,、烘干、成品檢驗(yàn),，

改性實(shí)例之一：將一定容積的三口瓶改入60⁰C的恒溫水浴中,，并加入230cc水，200cc乙醇,，100g氟化石墨，25g甲基丙烯酸單體,。氟化石墨的粒度為320目,。在不斷地?fù)u動(dòng)燒瓶的條件下加入濃度為60%的H₂SO₄20cc，以緩沖甲基丙烯酸鹽的聚合過(guò)程,，此時(shí)溶液的PH值為2,，反應(yīng)4小時(shí)，烘干（80⁰C）,，產(chǎn)品重量為117g,，紅外線光譜分析顯示，反應(yīng),，附著牢固,。

改性實(shí)例二：在容積為一升的三口瓶中，加水250cc,，乙醇200cc,，（C₂F）n100g，細(xì)度同上,，甲基丙烯酸20g,，充分搖勻，在20⁰C恒溫下不斷搖動(dòng),，加入濃度為6%H₂SO₄15cc,，溶液的PH值為3，反應(yīng)4小時(shí)后,，脫水,、烘干（70⁰C），產(chǎn)率為111.8%。

2,、影響改性的因素：（1）原材料：氟化石墨采用（CF）n或（C₂F）n,，也可用兩者的混合物，粒度小于0.1mm,。常用的聚合物為：丙烯酸聚甲烯脂,、甲基丙烯酸聚甲烯脂、聚苯乙烯及聚丙烯腈,。聚合物的添加量占氟化石墨的0.5~50%,。有機(jī)溶液為甲醇、乙醇,、丙酮類,、醚類及胺類。其中以乙醇為,，因?yàn)橐掖寄茱@著的提高改性效率,。水和乙醇的比例為0.1~2.3。引發(fā)劑以易溶于水者*,，如二氧化碳,、硫酸或亞硫酸的水溶液或過(guò)硫酸鉀等。（2）溶液的PH值：氟化石墨的水溶液呈酸性,，其PH值為2~3,，引發(fā)劑也呈酸性，因而改性過(guò)程是在酸性條件下進(jìn)行,。但在聚合作用開始前,，可將溶液的PH值調(diào)至5~8，這樣可大大提高聚合物在“GF”顆粒表面的固著效果,，PH的調(diào)整可在系統(tǒng)中加入堿性物質(zhì)來(lái)完成,，若在自然PH值條件下進(jìn)行改性，則其復(fù)蓋第較低,，一般小于70%,。若PH值過(guò)高，則“GF”可能發(fā)生分解,，常用的介質(zhì)調(diào)整劑有碳酸鹽,、氨水以及銨鹽等。

改性氟化石墨的用途：（1）耐磨復(fù)合材料將氟化石墨與其它材料復(fù)合可制成復(fù)合材料或制品,，無(wú)油潤(rùn)滑軸承及密封材料等,，具有耐高溫、抗腐蝕,、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)常見的復(fù)合材料有：苯乙烯橡膠,、丁二烯橡膠,、氯丁二烯橡膠、丙烯橡膠,、氨基甲酸乙脂橡膠,、氟化橡膠、矽橡膠,、乙烯基醋酸橡膠,、酚醛樹脂、未飽合聚脂,、環(huán)氧樹脂,、醇醛樹脂、矽酮樹脂,、聚乙烯樹脂,、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂等,。（2）潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑油外加劑-改性氟化石墨可單獨(dú)作潤(rùn)滑劑,，也可以作各種油類（錠子油、冷卻油,、機(jī)油）及飛機(jī),、輪船等的外加劑。（3）干粉潤(rùn)滑劑-改性氟化石墨可單獨(dú)作干粉潤(rùn)滑劑也可以和其它粘合劑混合作成粉狀潤(rùn)滑劑,。（4）脫膜劑-改性氟化石墨可作冷模澆鑄，金屬陶瓷合金擠壓成型脫模劑,。使用時(shí)將其分散在水中,，然后噴涂或刷涂在模具表面。（5）金屬加工-在金屬加工中（切割,、撥絲,、擠壓、拉伸磨削和拋光）作切削油,、壓延油或拋光油等,。除上述用途外，和氟化石墨一樣可用于該產(chǎn)品的全部領(lǐng)域,。