石墨和碳素是不 是同一種物質(zhì)？

關(guān)于石墨和碳素的兩種說法，我們一直會(huì)認(rèn)為是同一種物質(zhì)，今天，我們來為此說明一些：

石墨和碳素材料簡(jiǎn)介

不同高溫下與氧反應(yīng)，生成二氧化碳或一氧化碳；在鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng)；在加熱下，石墨粉較易被酸氧化；在高溫下，還能與許多金屬反應(yīng)，生成金屬碳化物，在高溫下可以冶煉金屬。

材料特質(zhì)

石墨是化學(xué)反應(yīng)很靈敏的物質(zhì)，在不同的環(huán)境里面他的電阻率都會(huì)變，也就是他的電阻值會(huì)變，但有一點(diǎn)是不會(huì)變的，石墨粉是很好的非金屬導(dǎo)電物質(zhì)之一，只要在絕緣的物體里面保證石墨粉不間斷，像一條細(xì)線那樣也會(huì)通電的，但是，電阻值是多少，這個(gè)數(shù)值也沒一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)，因?yàn)槭鄣拇旨?xì)不一樣，用在不同的材料和環(huán)境石墨粉電阻值也會(huì)不一樣。石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：
1） 耐高溫型：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。
2） 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。
3） 潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。
4） 化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。
5） 可塑性：石墨的韌性好，可連成很薄的薄片。
6） 抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

應(yīng)用案例

1、作耐火材料: 石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑，冶金爐的內(nèi)襯。
2、作導(dǎo)電材料: 在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。
3、作耐磨潤(rùn)滑材料: 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在(一) 200~2000 ℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。

石墨的分類

高純亞微米石墨粒子有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：電子信息的顯像管、顯示器制造行業(yè)的黑底導(dǎo)電涂料、由液晶顯示構(gòu)成的裝置、傳感器及色分解器上采用的感光性黑色涂膜、平板顯示器中彩色液晶等離子三原色境界部分用于提高發(fā)射效果及采色對(duì)比度、超細(xì)鎢、鉬絲拉制等各種涂料，高級(jí)潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂制造業(yè)、高性能蓄電池用泡沫鐵鎳制造業(yè)以及感光膠片等眾多行業(yè)廣泛應(yīng)用高純亞微米石墨粒子。
高純石墨超微細(xì)粉有膠體石墨粉，主要應(yīng)用于鋼筆專用、粉末冶金專用、潤(rùn)滑油專用、潤(rùn)滑脂專用、干電池專用、導(dǎo)電涂料專用、潤(rùn)滑涂料專用、國(guó)防科工委、科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)研究、民用核電專用、航天航空專用及戰(zhàn)略性電力干擾武器、煙幕屏蔽武器的研制等，我國(guó)生產(chǎn)的膠體石墨粉是我國(guó)石墨行業(yè)的發(fā)展行業(yè)標(biāo)兵，部分技術(shù)已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。
格蘭粉（密封防粘脂）性能與用途：耐高溫3000攝氏度，耐高壓40KG，用于船舶、飛機(jī)、機(jī)車、汽車、工程機(jī)械及各種大型石油、化工、電業(yè)機(jī)械的金屬結(jié)合面、法蘭聯(lián)接部位的密封與防粘。
特種石墨涂料：水基石墨涂料、導(dǎo)電石墨涂料、溶積石墨涂料、內(nèi)外石墨涂料、拉絲石墨涂料、潤(rùn)滑石墨涂料、玻纖涂料、電視機(jī)石墨涂料及特種涂料、各種非金屬材料、納米級(jí)材料生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)方案。處理各種防腐設(shè)備，承接各種防腐設(shè)備處理。品種多樣，規(guī)格齊全，產(chǎn)品執(zhí)行《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》。 專用機(jī)械設(shè)計(jì)制造各種精細(xì)化工設(shè)備、各種磨機(jī)及配方工藝。

石墨的用途

工業(yè)
石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。
作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料: 由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。
石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5 克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。
石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門。
此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。

國(guó)防
用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè): 石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過幾十個(gè)PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。

石墨導(dǎo)電原理

一般橡膠是絕緣的，如果需要導(dǎo)電那么就需要添加導(dǎo)電物質(zhì)，石墨粉具有優(yōu)越的導(dǎo)電性和潤(rùn)滑脫模性。把石墨加工成石墨粉，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑，導(dǎo)電性能，石墨粉的純度越高，導(dǎo)電性能越好。很多特種橡膠制品廠需要導(dǎo)電橡膠，那么用石墨粉添加到橡膠里面可以導(dǎo)電嗎？答案是可以的，但是也有一個(gè)問題，石墨粉在橡膠中的比例是多少呢？有的企業(yè)用的比例是不超過30%，這類的是在耐磨橡膠產(chǎn)品上面的，像汽車輪胎等等，也有特種橡膠廠的比例是100%，這樣的才會(huì)導(dǎo)電，導(dǎo)電的基本原則是導(dǎo)電體不能中斷，就像一根電線，如果中間斷了那么也就不會(huì)通電了，導(dǎo)電橡膠里面的導(dǎo)電石墨粉就是導(dǎo)體，如果石墨粉被絕緣的橡膠隔斷了，那么也就不導(dǎo)電了，所以石墨粉比例少了導(dǎo)電的效果恐怕也不好。

熱傳導(dǎo)

石墨的熱傳導(dǎo)(heat conduction of graphite)
石墨體內(nèi)存在溫度梯度時(shí)，熱量從高溫處向低溫處的流動(dòng)。表征石墨導(dǎo)熱能力的參數(shù)是熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率入是單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上通過的熱量q(熱流密度)與溫度梯度grad T之間的比例系數(shù)。
q=–λgrad T
(1)式中負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方向相反。式(1)常稱為熱傳導(dǎo)的傅里葉定律。假如垂直于x軸方向的截面積為ΔS，材料沿x軸方向溫度梯度為dT/dx，在Δτ時(shí)間內(nèi)，沿x軸正方向流過ΔS截面的熱量為ΔQ，在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，式(1)具有如下的形式：
(2)熱導(dǎo)率的法定單位是W·m·K。對(duì)于不穩(wěn)定傳熱過程，即物體內(nèi)各處溫度隨時(shí)間而變化。與外界無熱交換，本身存在溫度梯度的物體，隨著時(shí)間的推移，溫度梯度會(huì)趨于零，即熱端溫度不斷降低和冷端溫度不斷升高，最終達(dá)到一致的平衡溫度。在這種不穩(wěn)定傳熱過程中，物體內(nèi)單位面積上溫度隨時(shí)問的變化率為：
(3)式中τ為時(shí)間，ρ為密度，cp為質(zhì)量定壓熱容。λ/ρcp常稱為石墨的熱擴(kuò)散率或?qū)叵禂?shù)，常用單位為cm/s。
熱傳導(dǎo)是通過導(dǎo)熱載體的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。石墨的導(dǎo)熱載體有電子、聲子(晶格振動(dòng)波)、光子等。石墨的熱導(dǎo)率可表示為各種導(dǎo)熱載體的貢獻(xiàn)的迭加：
(4)式中vi、li、ci分別為導(dǎo)熱載體i的運(yùn)動(dòng)速度、平均自由程和單位體積的比熱容。石墨的各種導(dǎo)熱載體之間又相互作用、相互制約。例如不同頻率的聲子之間互相碰撞、產(chǎn)生散射，聲子與晶界、點(diǎn)陣缺陷和雜質(zhì)之間也產(chǎn)生散射，影響其平均自由程。因此，石墨的熱傳導(dǎo)是一個(gè)極為復(fù)雜的物理過程。理論上準(zhǔn)確預(yù)測(cè)各種石墨的熱導(dǎo)率數(shù)值及其隨溫度的變化，雖然有過長(zhǎng)期的艱苦工作，但僅取得了有限的成績(jī)。粗略地說，在常溫和不太高的溫度下(小于2000K)，聲子熱導(dǎo)率占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)，電子及光子的熱導(dǎo)可以忽略不計(jì)。在極低溫度下(小于10K)電子熱導(dǎo)才占有一定的分量。光子熱導(dǎo)要在很高的溫度下(2000K以上)才開始出現(xiàn)。石墨的熱導(dǎo)率隨其電導(dǎo)率的增大而升高(見威德曼·弗朗茲定律)。

晶體石墨

單晶
石墨單晶 純凈的天然鱗片石墨、高定向熱解石墨，這些石墨晶體，缺陷較少而且尺寸較大，一般可認(rèn)為是較完善的石墨單晶。對(duì)這類石墨的熱導(dǎo)有過相當(dāng)多的研究。在壓應(yīng)力下，經(jīng)過3000K以上處理的熱解石墨，其體積密度為2.25g/cm，接近單晶的理論密度2.266g/cm，其(002)衍射峰半寬角展只有0.4°(鑲嵌角)，也十分接近于理論值零度。這種石墨的熱導(dǎo)率見表1。這些數(shù)值一般認(rèn)為可代表單晶石墨的相應(yīng)數(shù)值。沿兩個(gè)主方向的熱導(dǎo)率：沿層面的記為λa，沿垂直于層面的則記為λc。
在常溫下λa比λc大200倍左右。溫度升高，這個(gè)比值有所下降，但仍然很大。所以由微晶組成的多晶石墨，其熱導(dǎo)為微晶層面熱導(dǎo)率λa所控制，λc幾乎可不予考慮。天然鱗片石墨的λa在常溫下為280～500W/(m·K)之間，比值λa/λc在3～5之間，可見其晶體的完善程度遠(yuǎn)不如高定向熱解石墨。
晶體結(jié)構(gòu)高度規(guī)整的熱解石墨，La在2000nm以上，由低溫到高溫，其導(dǎo)熱率隨溫度的變化呈鐘罩形，見圖1、圖2。
在溫度遠(yuǎn)低于石墨晶體層面熱導(dǎo)的特征溫度θλ下：
λa∝exp(–θλ/bT) (5)
式中b約等于2，θλ有時(shí)稱做德拜溫度，但與表征熱容的德拜溫度不同(見炭質(zhì)材料和石墨材料的熱容)。在溫度遠(yuǎn)高于θλ時(shí)，則有
λa∝T(6)
按式(5)，在低溫下，λa隨溫度T的增高而上升；按式(6)，在高溫下，λa則隨溫度的增高而下降。在低溫和高溫之間，(5)、(6)兩式都起作用，在這兩種作用互相匹敵時(shí)，λa達(dá)到最大值。這就是形成鐘罩形曲線的原因。
在不太低的溫度下，石墨晶體的導(dǎo)熱載體是聲子，式(3)可簡(jiǎn)化為：
λ=γρcVvl (7)式中ρ為密度，cV為質(zhì)量定容熱容，v為聲子傳播速度，l 為聲子兩次散射或碰撞之間的平均自由程，γ為比例系數(shù)。在低溫下，l的大小由晶界散射所制約，l的大小與微晶的尺寸相當(dāng)。所以λa～T曲線峰值的高度和位置為石墨晶體的尺寸(微晶a向直徑La)所控制。熱解石墨的退火溫度越高，晶體越完善，La隨之增大，因而熱導(dǎo)率λa增高，峰值增大，峰位向低溫側(cè)移動(dòng)(圖3)。
兩種石墨晶體，晶粒a向直徑分別為L(zhǎng)a.1和La.2，熱導(dǎo)率峰位分別為Tm.1和Tm.2，這些參數(shù)之間有如下關(guān)系：
(8)提供了一種由熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)估算La的方法。由這種方法得到的La數(shù)值與由X光衍射法的大體相當(dāng)。

熱導(dǎo)橢球
晶體兩個(gè)主方向的熱導(dǎo)率為λa和λc，沿任一方向Ф的熱導(dǎo)率為λФ，Ф為這一方向與晶軸c的交角，有
λФ=λasinФ+λccosФ (9)
式(9)pT形象地用以長(zhǎng)徑為旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球來表示(圖4)。橢球的半長(zhǎng)徑為λc，半短徑為λa。這一橢球稱為石墨的熱導(dǎo)橢球。在任一方向的熱導(dǎo)率λФ，可由橢球在該方向上的半徑γФ來表示：
λФ=1/γФ(10)
在該方向上的半徑越短，熱導(dǎo)率越大。
多晶石墨
多晶石墨的熱導(dǎo)率為眾多因素所左右：骨料與黏結(jié)劑的種類和配比、成型條件、熱處理溫度等制造工藝有顯著的影響；微晶的尺寸與分布、孔隙的數(shù)量和形狀等結(jié)構(gòu)因素，其影響尤為突出。不同石墨品種之間，熱導(dǎo)率千差萬別，即使同一種石墨，不同批次之間也有相當(dāng)大的差異。影響因素雖多，但控制熱導(dǎo)率的基本規(guī)律不變。在以聲子熱導(dǎo)為主的溫度區(qū)界內(nèi)，仍為式(7)所表明的規(guī)律所控制。
多晶石墨由眾多的微晶組成。多晶石墨的熱導(dǎo)通過微晶的層面?zhèn)鬟f(a向熱導(dǎo))，因?yàn)槲⒕У摩薬比λc約大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，c向熱導(dǎo)可忽略而不計(jì)，如圖6所示。在中等溫度下，微晶的λa主要為兩種散射過程所控制：1.晶界散射所控制的熱導(dǎo)λB，微晶尺寸La越大，λB越大。2.聲子間互相碰撞引起的散射所控制的熱導(dǎo)λu，溫度越高，這種散射越強(qiáng)烈，λu隨溫度的增高而減小。λa、λB、λu之間有如下關(guān)系：
1/λa=1/λB+1/λu
(15)在任一方向(x方向)的熱導(dǎo)率λx取決于多晶石墨中微晶的取向和分布。由于熱量傳遞的路徑蜿蜒曲折，微晶之間還可能存在非晶態(tài)及不完善的晶態(tài)炭素物質(zhì)，過渡性炭素物質(zhì)，λx與λa之間的關(guān)系中應(yīng)列入一個(gè)校正系數(shù)αx，即：
(16)由理論分析，λu隨溫度的變化數(shù)據(jù)列在表3中。再把不同溫度下熱導(dǎo)率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論式(16)比較，即可得到λB和αx。對(duì)一種擠壓成型的核石墨PGA和模壓成型的ZTA石墨，其熱導(dǎo)率的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比表示在圖7上。
表3 λu隨溫度的變化

溫度∕K	100	150	200	250	300	350	400	500	600	700	800	900	1000
λu∕W· (cm·K)	391	204	53.6	26.7	20.1	14.9	12.1	9.29	8.00	6.87	6.20	5.61	5.15

熱導(dǎo)率隨溫度而變化的情況，對(duì)幾種模壓石墨，分別表示在圖8、圖9上，λ–T曲線都呈鐘罩形。 

 熱導(dǎo)率理論

石墨晶體熱導(dǎo)率的理論，十分繁雜，依靠計(jì)算機(jī)的幫助取得了不少進(jìn)展，但還有不少問題有待進(jìn)一步的探討。茲僅以無缺陷理想石墨晶體的層面熱導(dǎo)率λa為例，把晶格振動(dòng)波加以量子化，形象地把振動(dòng)波稱為聲子，振動(dòng)波是向量，可稱為波矢。波矢的能量和狀態(tài)是晶體倒易點(diǎn)陣的函數(shù)。整個(gè)晶體的倒易點(diǎn)陣可用一個(gè)小區(qū)域來代表；這一區(qū)域叫做布里淵區(qū)。只要把聲子在這一區(qū)域內(nèi)的能量和狀態(tài)搞清楚，聲子在整個(gè)晶體內(nèi)的情況也就了如指掌了。
石墨晶體的布里淵區(qū)是一個(gè)六角棱柱體(圖5)。如果只討論石墨晶體層面的熱導(dǎo)率，作為一種簡(jiǎn)化模型，只討論聲子在圖5的正六角形面上的運(yùn)動(dòng)情況就夠了。這種二維情況使問題大為簡(jiǎn)化，處理較為方便。用n代表波數(shù)，在[nx，ny]平面上，六角形截面的面積，可用一個(gè)半徑為nm的圓面來代表，由圖5得出：
(11)
式(11)中a是石墨一個(gè)晶格參數(shù)，a=0.246×10cm。nm就是聲子振動(dòng)的最大波數(shù)，即聲子在單位長(zhǎng)度上的振動(dòng)次數(shù)。聲子運(yùn)動(dòng)速度v與波數(shù)n的乘積是聲子的頻率，聲子的能量與頻率成正比。聲子的最大角頻率wm=2πvnm，而2πnm稱為最大角波數(shù)，常記為qm。qm=1.55X10cm。
把聲子的運(yùn)動(dòng)情況加以分類，每一類稱為一個(gè)聲子分支，每一分支給予一個(gè)代號(hào)。在布里淵區(qū)的正六角形層面上有好幾個(gè)聲子分支，主要的有3個(gè)：縱向分支，最大頻率為37THz，速度為vL=2.36×10cm/s；2.TA，橫向分支，最大頻率為25THz，速度為vT=1.59X10cm/s；3.低TA分支，又稱為彎曲振動(dòng)分支，最大頻率為14THz，速度為vb=0.53×10cm/s。此外還有折疊LA分支、橫向光學(xué)分支TO等，這些非主要分支的頻率都低于4THz，而且與其他分支發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，因此小于4THz，即角頻率小于wc=2.5×10S的這些分支，在熱量傳輸中不起什么作用，可以忽略不計(jì)。wc稱為聲子角頻率下限。低TA分支的速度與LA、TA相比低很多，也可不予考慮。在這種大為簡(jiǎn)化的情況下，只考慮LA、TA這兩個(gè)分支，并且只考慮熱導(dǎo)，不涉及熱容。這就是所謂二維聲子氣模型。由此可定義一個(gè)德拜速度vD：
(12)由以上列舉的數(shù)據(jù)得到：德拜速度vD=1.86×10cm/s，聲子最大角頻率wm=vDDqm=2.88x10s。
在熱導(dǎo)載體為聲子所壟斷，即在常溫和不太高的溫度下，理想石墨晶體的層面熱導(dǎo)率為λ，則
(13)式中ρ為理想石墨晶體的密度2.266g/cm，γ為格林愛森系數(shù)(見石墨的熱容)，可取γ=2，由此得到
=5.73/T×10 (14)
此式簡(jiǎn)捷明了，又顯然為式(6)的T關(guān)系提供了理論依據(jù)。由此式算得的熱導(dǎo)率與高度完善的高定向熱解石墨實(shí)測(cè)數(shù)值的對(duì)比見表2。
實(shí)測(cè)值與理論值大體相適應(yīng)，由十分簡(jiǎn)化的理論模型得到的結(jié)果竟然與實(shí)際符合得如此之好。兩者之比平均為0.94，這表明即使如此的石墨晶體，其完善程度與理想晶體相比仍有不足之處。

高熱導(dǎo)石墨

熱導(dǎo)率與密度

早在19世紀(jì)中葉，著名物理學(xué)家、電磁波理論的創(chuàng)始人J.C.麥克斯韋(Maxwell)。在其名著《電磁波理論》(1873)中就指出：對(duì)含有孔隙的材料，設(shè)孔隙是以等徑小球的形狀均勻分散在材料中，材料的傳導(dǎo)率(電導(dǎo)或熱導(dǎo))，從理論上可由下式計(jì)算：
(17)
式中P為孔隙率，λ0為無孔(P=0)時(shí)的熱導(dǎo)率。此式具有歷史意義。對(duì)于石墨，孔隙并非呈球狀，更非等徑，此式當(dāng)然不適用。但它表明孔隙率越大(即密度越小)，熱導(dǎo)率越小。這一定性結(jié)論卻正確無誤。一種擠壓成型的、經(jīng)過不同浸漬處理的核石墨，在常溫下，其熱導(dǎo)率λ∥隨孔隙率的變化符合如下關(guān)系：
λ∥=λ0exp(–bP) (18)
式中λ0=1280W/(m·K)，為無孔隙時(shí)的極限熱導(dǎo)率，常數(shù)b=7.00。
同一類型的石墨，熱導(dǎo)率隨其密度的增大而上升，圖11表示HDFG同性石墨的λ與密度的關(guān)系。
熱處理溫度 多晶石墨大多是由焙燒毛坯經(jīng)高溫?zé)崽幚碇瞥桑瑹崽幚頊囟仍礁?，微晶的發(fā)育越完善，La增大，熱導(dǎo)率也隨之增大。用煅后石油針狀焦及中溫煤瀝青，經(jīng)擠壓成型做成的焙燒小棒，經(jīng)不同熱處理(HTT)后，其La的數(shù)值見表4。其軸向熱導(dǎo)率λ∥隨溫度變化的情況見圖12。熱導(dǎo)率的倒數(shù)1/λ稱為熱阻。在不同熱處理溫度下，這種石墨的軸向熱阻1/λ//與其l/La的關(guān)系見圖13。也是用石油焦和中溫煤瀝青做成的另一種擠壓石墨，圖14顯示出其λ∥依賴于La的情況。對(duì)于一種模壓石墨，其λ⊥與HTT之間的關(guān)系見圖15。
熱擴(kuò)散系數(shù)α 又稱為導(dǎo)溫系數(shù)，α=λ/ρcp。(見式(3))。它表征材料在加熱或冷卻過程中，各部分溫度趨向于一致的能力；是在不穩(wěn)定傳熱過程中，說明溫度變化速度的一個(gè)特性參數(shù)。材料的導(dǎo)溫系數(shù)越高，材料內(nèi)部溫度的傳播速度越大，材料內(nèi)的溫差就越小。一種高密度，ρ=1.81g/cm3、各向同性細(xì)顆粒石墨EK–98，其α隨溫度的變化情況見圖16上。
熱散逸系數(shù)ε 表征石墨材料熱性能的一個(gè)綜合參數(shù)，與熱導(dǎo)率密切相關(guān)，其定義為：
ε=(λcpρ)(19)
在法定單位制中，ε的單位是WS·m·K，它表征材料表面散熱或吸熱能力的大小。EK–98石墨的熱散逸系數(shù)隨溫度變化情況示于圖17。
熱導(dǎo)異向度 石墨材料的各向異性在熱導(dǎo)上表現(xiàn)為沿平行對(duì)稱軸方向的熱導(dǎo)率λ∥與沿垂直方向的熱導(dǎo)率λ⊥的差異上。一般，對(duì)擠壓石墨λ∥>λ⊥，把λ∥/λ⊥這一比值稱為熱導(dǎo)異向度；對(duì)模壓石墨，λ⊥>λ∥，則把比值λ⊥/λ∥稱為熱導(dǎo)異向度；即異向度最小為1(同向性)。設(shè)沿石墨對(duì)稱軸oz的取向參數(shù)為Roz，平行與垂直方向的校正參數(shù)為γ∥和γ⊥(見石墨的各向異性)則有：
由于微晶的λc/λa<<1，上兩式可約化為
對(duì)很多石墨γ∥≈γ⊥，由(21)得到：
這就是著名的由熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)推算取向參數(shù)的表達(dá)式。例如，對(duì)核石墨PGA，由常規(guī)的X光衍射法測(cè)得的R為0.78，由熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)得到的則為0.77，兩者符合甚好。

發(fā)展前景

預(yù)計(jì)未來十年間，只要整個(gè)市場(chǎng)足以支撐，礦業(yè)開采和擴(kuò)充成功的話，石墨粉的產(chǎn)能將繼續(xù)呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。新增的石墨產(chǎn)能，將彌補(bǔ)當(dāng)前由于工程失誤導(dǎo)致采礦終致而損失的10萬噸鱗片石墨的產(chǎn)能。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，全球石墨產(chǎn)品研發(fā)將在十大領(lǐng)域展開。同時(shí)，在原國(guó)家建材局制定的作為世界最大的石墨生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的40%~50%。世界的第二生產(chǎn)國(guó)印度，在過去的十多年間，石墨產(chǎn)量占到了15%左右。其他生產(chǎn)國(guó)有巴西（7%），墨西哥（6%），朝鮮（占6%）。上述五國(guó)的石墨產(chǎn)量總和占到了世界總產(chǎn)量的75%以上。
　　如果今后世界石墨市場(chǎng)環(huán)境繼續(xù)朝著有利的方向發(fā)展，石墨產(chǎn)量還會(huì)增加，尤其是巴西、加拿大、中、印度和墨西哥?？偭坑型黾?20000噸?！笆濉币?guī)劃中提出了石墨深加工的方向的引導(dǎo)下，今后五年我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的石墨深加工產(chǎn)品是異型碳、氟化石墨、滲硅石墨、顯像管石墨乳、鋰離子電池、碳材料、燃料電池碳材料等。
　　此外，我國(guó)石墨深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)目 前尚有較大空白，開發(fā)工作大有作為。比如，世界上有1000個(gè)核電站，我國(guó)目 前只有三個(gè)，而國(guó)家規(guī)劃將建23個(gè)，其所用的核純石墨基本上全部依賴進(jìn)口。
目 前，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化，全球石墨業(yè)產(chǎn)品研發(fā)將在十大領(lǐng)域展開：
　　1、高性能密封件及制品，世界有100億美元的交易額，最高檔的核反用石墨產(chǎn)品120萬美元/噸。該產(chǎn)品中有四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，插入技術(shù)、膨化硫技術(shù)、復(fù)合增強(qiáng)技術(shù)，成型技術(shù)。
　　2、高性能導(dǎo)電材料，一是做成層間化合物；二是高性能穩(wěn)定性；三是工藝修復(fù)性。
　　3、電池材料。
　　4、環(huán)保材料。
　　5、生物材料。
　　6、隔音隔熱材料。
　　7、防護(hù)安全材料。
　　8、屏蔽材料。
　　9、工藝美術(shù)材料。
　　10、催化劑。