Источник:http://prime.mines.edu/papers/tutorial-wsc05.pdf

     Слоистая структура таких углеродных материалов (УМ), как графит позволяет получать на их основе соединения внедрения с различными интеркалирующими агентами (анионы и молекулы кислот, катионы металлов, кислородсодержащие соединения и др.). Межплоскостные расстояния в графитовой матрице составляют 3,7 А и в процессе интеркалирования увеличиваются до 6 – 11 А в зависимости от внедренного объекта, однако плоская структура графита сохраняется. Таким образом, варьируя интеркалируемые вещества и их концентрацию в межслоевых пространствах графита можно получать материалы необходимого состава и свойств, модификация которых возможна также вследствие регулирования качественно-количественного состава поверхностных, преимущественно кислородсодержащих функциональных групп. Наиболее перспективным методом синтеза интеркалированных соединений графита является электрохимический, так позволяет осуществлять процесс в управляемом и контролируемом режиме. Комплексные электрохимические исследования в системе дисперсный графит – кислота (HNO3 или H2SO4), позволили нам установить взаимосвязь между параметрами электрохимической обработки (потенциал, количество электричества), концентрацией электролита и свойствами получаемых соединений, а также создать принципиально новые технологию и оборудование для синтеза интеркалированных соединений.
    Соединения внедрения графита с кислотами применяются для получения терморасширенного графита (ТРГ), представляющего собой углеродные пеноструктуры, на основе которого производят низкоплотные углеродные материалы и изделия. Существенным отличием ТРГ от всех прочих порошкообразных УМ является его способность формироваться в углеродные изделия без применения связующего. Высокая хемо- и термостабильность наряду с регулируемой электро- и теплопроводностью, пористостью, развитой удельной поверхностью создают перспективы для создания материалов многофункционального назначения (уплотнения, футеровки, катализаторы, адсорбенты, огнезащитные композиты, гибкие нагреватели и др.) Многообразные области применения ТРГ и материалов на его основе, возрастающий спрос потребителей стимулируют развитие технологии производства и переработки СВГ. Терморасширенный графит и композиты на его основе, характеризуются высокой удельной адсорбционной и каталитической активностью, возможностью варьирования удельной поверхности в диапазоне 0,1-103 м2/г и эффективного размера пор от ангстрем до сотен микрон. Размер частиц ТРГ в поперечном сечении составляет 0,5 – 1,0 мм, а толщина – 30 -50 нм. В настоящее время подавляющую долю ТРГ перерабатывают в гибкую графитовую фольгу и прессованные изделия. Благодаря высокой инертности к агрессивным средам, термостабильности в сочетании с упругостью и пластичностью прессованные углеродные материалы на основе ТРГ повсеместно вытесняют такие традиционные уплотнительные и прокладочные материалы как асбест, поронит, фторопласт, медь, свинец. Особенно эффективно их применение в химическом, нефтегазовом машиностроении, в топливно-энергетическом комплексе, коммунальном хозяйстве, в качестве уплотнительных, прокладочных и футеровочных материалов, шумо-, тепло- и радиационнозащитных экранов, что обеспечивает снижение аварийности, затрат на ремонт оборудования, экологическую безопасность. ТРГ обладает развитой удельной поверхностью (0,1-103 м2/г) и поровой структурой 0,2 – 0,5 см3/г. В настоящее время ТРГ активно позиционируется как перспективный адсорбент органических соединений, в том числе нефтепродуктов с сорбционной емкостью по нефтепродуктам до 70-80 г/г сорбента, а по нефтепродуктам в водной эмульсии до 20-30 г/г сорбента. Использование ТРГ в процессах водоочистки и водоподготовки позволяет извлекать до 80% катионов жесткости, с одновременным извлечением хлорид-ионов до 40% и сульфат-ионов до 85%. Перспективно использование ТРГ и в процессах переплавления металлов и сплавов. ТРГ может использоваться для защиты шлаковой ванны и зоны плавления металла от доступа кислорода воздуха взамен других углеродных материалов (сажи, молотого графита, кокса и др.), применение которых приводит к науглероживанию металла. Применение при электрошлаковом переплаве защитного покрытия из ТРГ позволяет снизить концентрацию кислорода в металле в 1,2-2,0 раза по сравнению с обычным переплавом, при этом существенно уменьшается угар легирующих элементов. Кроме того, эффективность использования ТРГ повышается за счет сокращения удельного расхода электроэнергии на 25-35%, так как защитное покрытие из ТРГ практически полностью устраняет потери тепла излучением и конвекцией с поверхности расплава.
    Кроме ТРГ электрохимическая обработка порошков графита позволяет получить коллоидные графитовые препараты с размером частиц графита 1-10 мкм, способные при высыхании образовывать монослойные графитовые пленки с хорошей адгезией к металлам и стеклу. По адгезии к металлической поверхности и способности к образованию зеркальной поверхности коллоидный графит превосходит все остальные смазочные материалы. Это свойство позволяет применять его для покрытия форм для литья под давлением, а также поверхностей для поглощения и отражения тепловых лучей. Последние характеристики зависят от степени шероховатости поверхности, образуемой коллоидным графитом. При изменении концентрации графита в препарате и добавках в него небольших количеств сажи возможно создание на металлических поверхностях абсолютно черного тела, которое не отличается от полученного методом покрытия никелевой чернью. Коллоидно-графитовые препараты применяются в качестве электропроводных покрытий стеклянных электронно-лучевых трубок, магнитных лент для звукозаписи, электродов химических источников тока и т.д.
    Коллоидные графитовые препараты применяются также в различных целях: смазка штампов и матриц горячего прессования и штамповки, тяжелонагруженных подшипников скольжения; покрытия форм для литья под давлением; поверхностей для поглощения и отражения тепла; электропроводных покрытий стеклянных электронно-лучевых трубок и магнитных носителей информации. Растворы коллоидного графита применяются для пропитки катодов химических источников тока. Эксплуатационные характеристики коллоидно-графитовых препаратов, применяемых в качестве смазки, определяются их реологическими свойствами, которые характеризуются формой и структурой диспергированного графита, его концентрацией, дисперсионной средой, пептизирующими добавками.
    Коллоидно-графитовые препараты вводят в сульфатно-хлоридные электролиты никелирования для осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП). При введении коллоидного графита в электролит никелирования облегчается катодный процесс, КЭП никель – графит осаждаются с более высокой скоростью, чем чистые никелевые покрытия. Композиционные покрытия никель – коллоидный графит характеризуются коэффициентом трения скольжения около 0,14. В то время как для чистых электролитических никелевых покрытий коэффициент трения составляет около 0,30. Значительное уменьшение коэффициента трения связано с тем, что частицы коллоидного графита, которые при электроосаждении включаются в никелевое покрытие, выполняют функцию сухой смазки. КЭП никель – коллоидный графит обладают высокой коррозионной стойкостью. Пассивная область в случае КЭП более чем вдвое превышает пассивную область для чистых никелевых покрытий. Таким образом, коллоидный графит, включаясь при электроосаждении в никелевую матрицу, оказывает определяющее влияние на трибологические свойства и коррозионное поведение формирующихся покрытий.КЭП никель – коллоидный графит могут быть использованы для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин и механизмов, работающих в условиях трения и в агрессивных средах (подшипники скольжения, шейки коленчатых и распределительных валов, штоки гидро- и пневмоцилиндров, поршневые кольца и цилиндры двигателей внутреннего сгорания, рабочие поверхности зубьев шестерен и др.).