天然鱗片石墨是一種優(yōu)質(zhì)耐火材料原料，但石墨表面的疏水性強，很難制備出均勻致密的不定型耐火材料。要使石墨在耐火材料中得到廣泛應用，必須對石墨進行表面改性，使表面由疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性。一般來說，表面改性大多是利用改性劑對粉體進行表面改性，本文則為大家介紹了多種石墨改性方法。

　　石墨的表面張力小，大面積無缺陷，其表面還存在約0.45%的揮發(fā)性有機物，這些均惡化了石墨的潤濕性。石墨表面的強疏水性，惡化了澆注料的流動性，且石墨容易聚集而不能均勻分散在耐火材料中，因此很難制備出均勻致密的不定型耐火材料。

　　高溫燒成后的組織結(jié)構(gòu)及性能，在很大程度上取決于高溫硅酸鹽液體對石墨的潤濕性。當潤濕時，硅酸鹽液相在毛細管力的作用下，流入顆粒間隙，靠它們間的附著力把石墨顆粒粘結(jié)起來，在石墨周圍形成一層薄膜，冷卻后形成連續(xù)體，與石墨形成粘結(jié)力較高的界面。若二者不潤濕，石墨顆粒形成聚集體，硅酸鹽液相局限在顆粒間隙中形成孤立體，高溫下很難燒結(jié)形成致密的復合體。

　　因此，要想制備性能優(yōu)良的含碳耐火材料，必須先改善石墨的潤濕性。近年來，人們對石墨進行了大量表面改性研究，取得了一定進展，并探討出了多種表面改性方法。　　

　　1、低溫煅燒石墨

　　石墨表面有0.45%的揮發(fā)性有機物，這是導致潤濕下降的原因之一。將石墨在300~400℃低溫煅燒后，其潤濕性有一定的改善。

　　2、表面活性劑改性石墨

　　表面活性劑法改性是指利用表面活性劑的特殊結(jié)構(gòu)，使其一端的疏水基吸附在石墨表面上，而另一端的親水基指向水中，從而改變了石墨的表面性質(zhì)，使其親水性得到改善。以表面活性劑改性石墨是最早發(fā)展的方法之一，具有成本低、工藝簡單和潤濕性明顯提高等特點。

　　3、破碎坯體法

　　將石墨和其他耐火物料按照一定比例混合均勻，在壓力機上壓制成坯體，經(jīng)一定溫度焙燒處理而得到致密的高強度坯體，然后坯體破碎成不同粒級的物料，將這種物料引入不定型耐火材料料中，而達到多量引入石墨的目的。

　　4、造粒法

　　以石墨或其他耐火物料為造粒的核心，即“粒核”，在外力作用下，通過結(jié)合劑的粘結(jié)力，使石墨或其他耐火物料粘結(jié)在粒核表面，隨著粒核的長大，最后成為有一定密度和強度的大顆粒。

　　周寧生以破碎坯體法和造粒法向澆注料中引入石墨，與向澆注料中直接加入鱗片石墨相比，加水量顯著降低，流動性改善，因而密實程度相應提高。冷態(tài)和熱態(tài)強度比后者高出一到二倍。造粒法和破碎坯體法向澆注料中引入石墨，改善了石墨密度小和填充性差的問題，這兩種方法值得進一步去研究和探討。

　　5、石墨的球形化處理

　　球形化指對鱗片石墨施加外力，在鱗片細碎化的同時，細碎的鱗片在厚度方向上互相粘結(jié)或使鱗片彎曲，引起片徑減小、厚度變大而粒狀化。此時石墨因為徑和厚的差別變小而逐漸失去了取向性。石墨經(jīng)球形化處理后，減小鱗片石墨的比表面積，降低表面能，在澆注料中的充填性和分散性得到了提高。但這種方法對石墨潤濕性的改善程度有限，不能達到石墨的使用要求。

　　6、強酸處理法

　　將石墨粉末浸在濃硫酸、濃硝酸或氫氟酸中，在常溫至100℃下反應，把石墨顆粒表面改為親水性的表面。但由于酸成分浸入到石墨的結(jié)晶層內(nèi)，形成層間化合物，要除去這些殘留在結(jié)晶層中的化合物很困難，在以后的施工中，酸成分溶于泥料或泥漿的水中，使PH值改變而影響材料的性能。

　　7、表面涂層法

　　石墨表面涂層法指用物理或化學方法在石墨表面覆蓋一層親水性物質(zhì)，如具有良好的潤濕性的氧化物、金屬、碳化物、氮化物等。這種方法在改善石墨親水性的同時，通過石墨表面的涂覆層，還能提高石墨的抗氧化性，增強復合材料中石墨與周圍基質(zhì)或晶粒的界面結(jié)合強度，通過密度較大的吸附層能降低石墨與其他耐火物料間的密度差。因此表面涂層法是一種具有很大發(fā)展前景的方法

　　石墨表面涂層法的優(yōu)點在于表面包覆涂層后，不但改善了石墨的潤濕性，還提高了石墨的抗氧化性，增強了石墨與周圍基質(zhì)或晶體顆粒間的結(jié)合強度。但存在的問題是，由于涂覆層顆粒與石墨母顆粒之間的結(jié)合力較弱，在原料混合過程中，涂覆層顆粒容易從石墨表面脫附，從而影響改性效果。

資料來源：石墨的表面改性方法研究，楊志紅

編輯整理：中國粉體技術網(wǎng)