石 墨 材 料 的 特 性 及 應 用 范 圍

炭 素 材 料 是 以 碳 元 素 為 主 的 無 機 非 金 屬材料 ，其中炭材料基 本上是 由非石 墨質(zhì)碳組 成的 材 料 ，而 石 墨 材 料 則 主 要 是 由石 墨質(zhì) 碳 組 成的 材 料 ，石 墨 又分 為 天然 石 墨 和人 造 石 墨 兩類 。

       石 墨 材 料 主 要 是 由 多 晶 石 墨 構(gòu) 成 。石 墨 是以 一 種 碳 原 子 之 間 呈 六 角 形 平 面 網(wǎng) 格 的 層 狀晶 體 。 雖 然 石 墨 屬 于 無 機 非 金屬 材 料 ，但 因它具 有 良好 的 熱 電傳 導 性 而 被 稱 為 半 金 屬 ，石 墨具 有 比某 些 金 屬 還 要 高 的 熱 電 傳 導 性 ，同 時 具有遠 比金屬低 的熱膨脹 系數(shù) ，很 高的化學穩(wěn)定性 ，這就 使 它在工 程應用 中具有 重要 的價值 。石 墨 在 非 氧 化 性 介質(zhì) 中 是 化 學惰 性 的 ，具 有 很好 的耐腐 蝕性 ，除 了強酸和 強氧 化性 介質(zhì)外 ，石墨 不受其它酸 堿鹽 的腐 蝕、不與 任何有機化合物應。

       石 墨 材 料 又 是 一 種 耐 高 溫 材 料 ，在 高 溫 下石 墨 不會熔 化 ，氣化 溫度非 常高 ， 只是在 常壓下 3350 18 開始 升華 變成氣 體 。 一般 材料 在高溫 下強度逐 漸 降低 ，而石 墨在 2 500 'C 以內(nèi) ，它的強 度 隨 溫 度 升 高 而 增 加 ，在 2000℃ 以 上 ，其強度較常溫 強度增大 一倍 ，石墨材料還 具有優(yōu)異 的抗 熱 震 性 能 ，所 以 石 墨 材 料 作 為 高 溫 材 料有 其 獨 特 的 優(yōu) 越 性 。

        由 于 石 墨 材 料 具 有 高 溫 強 度 高 、 導 電 傳熱 、抗 熱 震 性 、耐 腐 蝕性 、潤 滑 性 好 等 優(yōu) 點 ，它已成為 國民經(jīng) 濟發(fā)展 中不可缺 少的結(jié)構(gòu)材 料 、高溫 材 料 、 導 電材 料 、抗 磨 材 料 和 功 能 材 料 。當前 ，石 墨 材 料 已 廣 泛 應 用 于 冶 金 、化 工 、電 子 、電 器 、機 械 以 及 核 能 和 航 空 航 天 工 業(yè) 等 部 門 ，可作 電極 、電解 陽極 、鑄模和 高溫軸承 ；原子核反應 堆 中作 為 中子減速 材料 和 核燃 料 的表 面涂 層 ；在 宇 航 領 域 ，石 墨 材 料 可 用 于 人 造 衛(wèi) 星天 線 、航 天 飛機 機 殼 以及 火 箭 發(fā) 電機 噴 管 喉 襯等 部 件。

       石 墨 材 料 在 高溫 下 發(fā) 生 的 物 理 化 學 變 化以 及 高溫 使 用 特 點：

石 墨 材 料 的 化 學 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 ，因此 是 一 種 耐腐蝕 材料 。 但 在一 定條件下 ，碳也會 和其他物質(zhì) 發(fā) 生 作 用 ，其 主 要 反 應 有 ：在 高 溫 下 與 氧 化性 氣 氛或 強 氧 化性 酸 中發(fā) 生 氧 化 作 用 ；在 高 溫下熔 解于 金 屬 并 生 成 碳 化 物 ；生 成 石 墨 層 間化合物。

   在常 溫 下 ，炭 與 各種 氣體 不 發(fā) 生化 學 反應 在 350℃左 右 ，無 定 形 炭 即 有 睨 顯 的 氧 化反 應 ，石 墨 在 450 ℃左 右 也開 始 發(fā) 生 氧 化 反應 。石墨 化程度 愈高 ，石 墨的 晶體 結(jié)構(gòu)愈完整 ，其 反 應活 化 能 大 ，抗氧 化 性 能 好 ， 在 800~C 以內(nèi) ，達 到 同一氧 化速度 的溫度 ，石 墨材 料約 比炭 材 料 高 50～ 100 ℃ 在 同 一 材 料 內(nèi) ，粘 結(jié) 劑炭 有優(yōu)先氧化 的傾 向，所 以氧化反應進 行到一定 程 度 時 ，骨 料 顆 粒 會發(fā) 生 脫 落 。在 較 低 的 溫 度 下 ，如 空 氣 供 給 充 足 ，炭 和石 墨 材 料 則主 要 進 行 如 下 反 應 ：C + O 2— C O 2在較 高 的 溫 度 下 ，炭 和 石 墨 材 料 又 開 始 發(fā)生 如 下 反應 ：C + 1 ／ZO 2一 C O赤 熱 的 炭 和 石 墨 材 料 與 水 蒸 氣 約 在700 ℃左 右 開 始 反 應 ：C + H 2O — C O + H 2C + 2 H 2O — C 0 2+ 2 H 2赤熱 的炭和石 墨材料與 C O 。 的氧 化反 應在 更 高 的 溫 度下 才 能進 行 ：C + C O 2— 2 C 0炭與 氣體之 間反應應屬于氣 固反 應 ，氧化反 應速度與 當時的反應 面積大小 、材料 的氣孔率及 氣體壓力等 因素有 關 ，其 反應速度既取決于 表面 的化學反應速度 ，也與氣體分子 向材 料內(nèi)擴 散 有 關 。 若 材 料 的氣 孔 率 高 ，特 別 是 開 氣孔 率 多 時 ，氣 體分 子容 易擴散 到材 料 內(nèi)部 ，參與 反 應 的 表 面 積 大 ，氧 化 速 度 就 快 ， 當 使 用 溫度低 時 ，氧 化反應 速度 不高 ，氣 體分子有 足夠的時 間擴 散到材料 內(nèi)部 ，這時氧化 反應速 度與材料 的氣孔結(jié)構(gòu)及反應活性有 關 。