石墨材料润滑的基理

翼金

从碳的原子结构分析，炭石墨材料本身就存在着润滑性。同一平面层的碳原子间的距离很近，为1.42A，层面之间碳原子的距离为3.345A。根据石墨的晶体结构可知，同一平面每层每个碳原子和相邻的三个碳原子问的距离都相等，构成正六边形环由于每个碳原子除了与同一网层平面内的三个碳原子以强共价键结合外，还要与邻近网层中的碳原子以较弱的次价键相结合，因此同层之间由较弱的力将其结合在一起。因为原子间的距离愈大其结合力就愈小。据计算层与层间的碳原子的结合力要比同一层内碳原子问的结合力小100多倍，所以层与层之间的结合就比较松。固此石墨在受到外力作用时层面容易发生解理，出现解理面(基面)所以石墨具有润滑的性质。
石墨晶体有足够的润滑性和柔软性，石墨宏观硬度很低，莫氏硬度等级为O.5~1，属于软性物质。石墨能在基层面上作完全的解理，并沿着解理平面而滑动，这就是石墨具有润滑性的主要原因。石墨在有水蒸汽和空气的条件下能更好的发挥极好的润滑性。水和空气的存在使石墨的工作面上吸附了水和气体分子，增大了互相滑动的解理面问的距离，减弱了它们问的结合力。另一方面附着力也是靠石墨基面边缘的自由键提供的，由于球和气体分子占据了这些自由键．便使附着力降低，这便是炭石墨材料的润滑有赖于水和空气的原因。石墨只是在水蒸汽和空气的条件下有良好的润滑性，在空气稀薄的万米以上高空环境中，其磨损率将会增大摩擦系数值由正常的0.08增至0.5以上。作为润滑材料的石墨工作环境在大气水份的临界值为5克水／立方米的条件为宜，低于此值则石墨的磨损率将有所增大。
氟化石墨的层间距困原料炭素的种类和生成条件而异，大致在6A~9A的范围。氟化石墨是使氟在高温下直接与碳发生反应而生成的白色固体(粉末)，它同氧化石墨一样，通过共价键与碳原子结合在一起。用作固体润滑剂具有极其出色的性能通常作为润滑剂加人润滑脂、润滑油中。
9 J, D- }& q$ h' P  o) B石墨的摩擦特点：
* {8 @: B4 P2 v+ b2 m1、石墨材料特有的晶体构造，则产生滑移。
2、天然或人造石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，能形成一层润滑膜(石墨晶体膜)起到减少摩擦的作用。
3、具有良好的导热性和散热性。
" Y% s1 |5 R- Z' _  I& H8 m4、因为碳的熔点很高，不会产生炭和金属材料的咬焊现象。
8 Q  U( k0 ]0 K: }! i* h添加：
1 u% p% z% b; f+ ^5 A+ D5 o& j石墨是一种黑色光泽性的固体，性滑腻，供润滑剂使用时都研磨成极细的粉末。
石墨粉对金属表面的吸着力强，能有效填补轴承或齿轮表面的微细凹痕，使机件运转时平稳而少杂音，且减低磨耗。
4 V3 D: n8 v! I% d) w+ Z供润滑用的石墨粉有二种，一是天然石墨（Natural Graphite），呈片状或无定形状，来自于地下的石墨矿；二是人造石墨（Artificial Graphite），采用电炉法于高温下处理精制的焦碳而成。
石墨粉的特点是它可耐很高的温度。例如，军用汽轮机减阻轴承在1000℉的温度下操作，曾使用石墨粉润滑，有良好效果的记录。
4 Q8 ]2 P1 }8 u  _6 u石墨粉在空气中使用时，温度虽高至400℃（752℉），也没有氧化现象。温度再高时，稍有氧化的可能，但其生成物为无害无毒的二氧化碳气体。在600℃左右的温度下仍能有效润滑机件，在惰性气体中可耐到1000℃的高温。
3 b9 F, V7 g" {3 ^2 K( w. m石墨的低磨擦并不是单以其结晶的结构为基础， 它也依赖水汽下提供了表面低的胶黏，所以在大气中以及水汽存在下，发展出最好的润滑效能。但在真空中，润滑作用不良，故石墨粉不宜用于真空及太空机件的润滑。
石墨粉的质量高低不一，价格也高低不等。供润滑用者，必须采用灰份低与杂质少的片状石墨。供填函（Packing）用的填函级石墨粉（Packing Grade Graphite）也是良好的润滑用品级。石墨粉多调配于润滑脂或轻质油后加入机件中，供润滑之用。例如，高温下的锅炉自动给煤炉栅链销，用二号或三号之杯脂，调入5～10﹪的石墨粉润滑，杯脂虽遇热熔化或碳化，但仍留下固体的石墨润滑剂，发挥其润滑效能。
文章关键词： 石墨润滑