氟化石墨具有层状结构 ,随着碳氟比的增加 ,其颜色逐渐 变深 。目前 ,可知的化合物结构式主要有( CF) n 、( C2 F) n 和( C4 F) n 3 种 。由于氟化石墨独特的结构特征 ,使得其具有热稳定性、润滑性能优异和电绝缘性高、耐腐蚀性强、憎水憎 油性好的特点 ,被应用到众多领域 。笔者从氟化石墨的合成 新工艺及其应用进展等方面进行论述 ,介绍了近年来取得的 进展及存在的问题 。
1 氟化石墨的合成工艺
目前 ,氟化石墨的合成方法主要有高温合成法、低温合成法、电解法、立式振动反应器合成法及催化合成法等 。其中 , 高温合成法、低温合成法和催化合成法由于工艺条件要求相对较低、技术较成熟 ,是合成使用的主要方法[2-3] 。
1. 1 高温合成法
根据氟元素的来源不同 ,按原料分为氟气和含氟有机物 2种合成方法 。
1. 1. 1 以氟气为原料
该方法是将高纯石墨加入到石墨反应器( 如管式反应炉) 中 ,并将反应器抽空 ,通入氟氮混合气; 然后 ,在一定的原料配比、温度条件下进行反应; 最后 ,在持续通入氮气的情况下进行冷却 ,从而制得不同的氟化石墨产品[4] 。该方法是氟化石墨制备使用最早的方法 ,也是工业制备采用的主要方法之一 。由于其合成工艺技术较成熟 ,近年来有一些研究者对其进行了工艺、设备等方面的研究[5-6] 。Delabarre 等[7] 在室温条件下 ,使用石墨与 F2 、HF 及 Cl2 气体作用合成了( CF0. 4 ) n 氟化石墨; 并在温度大于 400℃ 的条件下 ,合成出了( CF) n 氟化石墨 。Fujimoto 等[8]采用高定向热解方法 ,以石墨、天然鳞片石墨作为碳源 ,氟气作为氟源 ,在 16MPa 压力条件下 ,反应 20h 分别得到了( C3. 41 F) n 、( C5. 62 F) n 氟化石墨 。
以氟气为原料的合成方法可以通过选择不同的反应温度
来制得相应的氟化石墨; 但由于原料中含有有毒性气体 ,使得反应过程可能出现爆炸或气体泄露现象 ,有较大的安全隐患 , 并且反应过程伴随有不少的副产物产生 ,导致产率比较低 。
1. 1. 2 以含氟有机物为原料
近年来 ,有研究者针对氟气存在的危害性问题 ,采用含氟物质作为氟的原料 ,以优化合成j9九游会平台、降低安全隐患 。该方法使用含氟原料( 如四氟乙烯) 与石墨按不同比例混合 ,在含氦、氖、氩或氮等惰性气体的石墨反应器中 ,控制适当的反应温度、压力及作用时间 ,最终合成氟化石墨 。在高纯氮气j9九游会平台下 ,刘建远[9]使用无机复合氟化剂( 六氟锰酸钾和五氟化锑的混合物) 和石墨作为原料 ,通过加热方法制得氟化石墨 ,产物中氟含量达到 59% ,纯度在 99% 以上 。而刘志超[10]以三氟化氮为氟化剂 ,在加热条件下经过 4 ~ 30h 的反应制得氟化石墨 。
Nakajima 等[11] 使用 K PdF 、K MnF 等含氟混合物与细粒石墨混合 ,在常温、一定压力条件下 ,通过紫外灯照射 3 ~4w ,得到碳氟比为 1. 1 ~ 1. 9 的氟化石墨 。而在 200 ~ 300℃ 温度、低压条件下 ,Kazuhiko 等[12]以天然石墨、气态氟源 ClF 为原料 ,反应几分钟即可得到氟化石墨产品 。使用含氟物质作 为氟原料进行氟化石墨的合成 ,可以适当改善合成的工艺、设备等方面的条件要求; 但由于含氟固态物质与石墨反应过程较复杂 ,导致大量的副产物产生 ,氟化石墨的产率较低 。
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近年来氟化石墨的合成工艺研究成果表明其工艺技术、设备等方面都有了较大的进步 ,并且在应用方面也有了很大的发展 ,但仍存在合成j9九游会平台污染较大、合成效率较低及安全性偏差等方面的问题 。结合发展现状及其合成的主要影响因素 ,在合成设备的结构性能方面 ,应确保反应器中原料的充分混匀、反应过程的流态化 ,这对反应的高效化、产品品质优化等有重要影响; 而低温、常压等较理想的反应条件是合成过程安全性的主要保障; 同时 ,固化的氟源、高品质的石墨、高效的催化剂等是实现绿色j9九游会平台生产工艺的先决条件 。总之 ,合成设备、反应条件及原料性质等方面的优化对完善高效、安全、 j9九游会平台的生产工艺具有十分重要的作用 ,也是进一步拓展氟化石墨应用领域的基础 。
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