氟化人造石墨

概况颜色合成工艺晶体结构性质应用性质应用氟化人造石墨试剂级价格

氟化人造石墨

CAS号:11113-63-6
英文名:Fluorinated carbon
中文名:氟化人造石墨
CBNumber:CB00136268
分子式:CH4F2
分子量:54.04
MOL File:11113-63-6.mol

氟化人造石墨化学性质

熔点 :300°C (dec.)
CAS 数据库 :11113-63-6
EPA化学物质信息 :Fluorine, compd. with graphite (11113-63-6)

安全信息

WGK Germany :3

氟化人造石墨性质、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。
性质外观：灰白色粉末
厚度：＜10nm
片径：0.5-10μm
氟含量：50-60wt%
应用高温固体润滑剂、高能锂电池的阴极材料及新型电导材料等。
用途用作高能一次电池正极材料和固体润滑材料
生产方法

1.用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接进行氟化反应而得。或者采用以石墨为阳极，氟氢酸为阴极的电解方法。

2. 用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接进行氟化反应而得。