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氟化石墨

概况 颜色 合成工艺 晶体结构 性质 应用

CAS号: 11113-63-6
英文名称: FLUOROGRAPHITE(TM)
英文同义词: X=1, 61% F;FLUOROGRAPHITE;molecular fluorine;FLUOROGRAPHITE(TM);GRAPHITE, FLUORINATED;FLUOROGRAPHITE POLYMER;Fluorine,compd.withgraphite;fluorine, compound with graphite;FLUOROGRAPHITE POLYMER: X=1, 61% F;FLUOROGRAPHITE POLYMER: X=0.9, 58% F
中文名称: 氟化石墨
中文同义词: 氟化石墨;碳氟的化合物;氟化石墨 1KG;30% 氟化石墨
CBNumber: CB0326287
分子式: CH4F2
分子量: 54.0392664
MOL File: 11113-63-6.mol
氟化石墨化学性质
熔点 : 300°C (dec.)
CAS 数据库: 11113-63-6
安全信息
WGK Germany : 3

氟化石墨 性质、用途与生产工艺

概况
氟化石墨是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭/石墨材料研究热点之一,其性能卓越、品质独特,是功能材料家族中的一朵奇葩。
颜色
氟化石墨是一种从灰色到白色的无机高分子化合物粉末,许多学者认为氟化石墨中氟与碳的比例随反应条件的不同而在0.5~1.2之间变化,产品颜色相应也由灰白到雪白。
合成工艺
1、直接合成工艺。石墨与气体氟在350~600℃内在反应器中加热合成,最早采用的合成方法。设备为立式振动反应器或氟化器,能自动控制加热温度、氟气和惰性气体的给入。
2、催化剂合成工艺。在石墨与氟的反应系统中加入微量金属氟化物(LiF、
MgF2、AlF3和CuF2)作催化剂,合成可在300℃以下进行。由于微量金属氟化物的加入,使氟化石墨性质有所改变,电导率提高一个数量级。要求石墨和氟气纯度均在99.4%以上,催化剂纯度大于98%。所用设备与直接合成法相同。
3、固体氟化物合成工艺。上述两种方法所用气体氟毒性和腐蚀性极强,反应又需高温。固体合成工艺是用含氟固体聚合物(如四氟乙烯、六氟丙烯、聚乙酸乙烯树脂萤石和乙烯基萤石等制成的聚合物)与石墨混合,在氦、氖、氩、氮等惰性气氛下,加热至320~600℃,在管式电炉中的石英管内制得氟化石墨。其原则工艺流程如图10-20所示。石墨与水悬浮液和聚四氟乙烯按1∶10的比例混合后,经过滤干燥进入管式电炉加热,经30min到1h取出冷却。 4、电解法合成工艺。用电解的方法,将石墨在无水氢氟酸中电解,生成新的氟化石墨。即在电场中,在阳极和阴极之间,使石墨与氢氟酸进行循环电解生成氟化石墨。
电解装置由镍板制的阳极和阴极、循环管和循环泵、聚四氟乙烯制成的多孔隙隔板、排气管、直流电源等组成。在两电极的电解区内盛有石墨和氢氟酸悬浮液,在循环泵作用下成闭路循环流动。悬浮液中,石墨固体含量10%,氢氟酸含水1%,在氩气氛电解槽内温度-20℃,施加电压8V,平均电流密度5A/cm2。两极板间距约5mm,其间放置隔板后,阳极和阴极距隔板分别为2mm和3mm,在隔板与隔板之间形成闭路循环。反应完毕,排出含石墨的氢氟酸悬浮液并过滤分离出氟化石墨,液体返回再用,边排放边加入新的待反应悬浮液。  
晶体结构
日本渡边信淳提出,氟化石墨只有(CF)n 和(C2F)n两种,化学分析得出氟碳比为0.58~1.2的 结果是因反应条件不同而使产品中(CF)n与(C2F)n的 比例不同,以及碳层边缘吸附有一定量的=C和—CF3所致,氟化石墨是六方晶系层状结构。氟化石墨是氟元素与石墨合成的一种层间化合物,与石墨相比,其电子结构、晶格常数均发生了变化。氟化石墨的晶体结构见下图, 氟化石墨中C—C键长由石墨C—C键长的0.142nm 扩张到0.152nm,同时由于氟原子的电负性,使氟化石 墨的层间距离由石墨的0.336nm伸展到0.708nm,这使其成为由范德华力联系的典型分子晶体。由于范德华半径的不固定性及氟化程度的不同,文献中报道氟化石墨细层间距为0.6~0.9nm。
性质
1、耐化学腐蚀性好。在室温时耐化学腐蚀性比聚四氟乙烯要好。对浓硫酸和浓硝酸也很稳定,不溶于各类有机溶剂。但热浓硫酸、热碱对它有一定侵入,并在高温下与碱金属,碱卤化合物反应生成氟化碱和无定形碳。
2、热稳定性好(高于500℃才有少量失重)。
3、润滑性能好,是润滑脂类和固体润滑剂(二硫化钼、石墨等)中摩擦系数
最低的,在27~344℃内,摩擦系数仅为0.10~0.13。
4、电绝缘性好,(CF)n电阻率达3×103Ω/cm以上.
5、莫氏硬度为1.0~2.0
6、粒度分布很广,从1μm以下到数个毫米以上。
应用
1、作固体润滑剂。氟化石墨层间的结合能极小,为8.4kJ/mol,润滑性极佳,且不受氧化、还原及真空等气氛影响,且可从低温到高温很广的范围内使用。其摩擦系数小于黄油的摩擦系数,是一种极佳的润滑材料。
2、作为电池活性物质。氟化石墨作为电池活性物质制成的电池具有高的电压(公称电压为3V),高的能量密度,优良的贮藏性及广阔的使用温度范围。
3、作低表面能物质应用。在胶合板制造过程中,用氟化石墨涂布可防止黏结剂的粘附,延长洁净处理周期。
4、少量的氟化石墨即可防止液体在多孔材料中的浸透。电镀金属时,氟化石墨共析出的电极表面不产生物质粘附,并且这种电极在电解水和非水溶剂混合液时,只对非水系进行电解。
用途 
用作高能一次电池正极材料和固体润滑材料
氟化石墨 上下游产品信息
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