Part.01作耐火材料

石墨在耐火材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，主要用于制造耐火磚、坩堝、連鑄保護(hù)渣、鑄模芯、鑄模涂料等高溫材料。過(guò)去20年間，耐火材料行業(yè)的兩大技術(shù)突破——鎂碳磚在煉鋼爐襯里的普及和鋁碳磚在連鑄工藝中的推廣，使石墨材料與鋼鐵冶煉行業(yè)形成緊密關(guān)聯(lián)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鋼鐵行業(yè)消耗了約70%的耐火材料產(chǎn)品。

（1）鎂碳耐火磚

這種由美國(guó)在20世紀(jì)60年代研發(fā)成功的耐火材料，于70年代經(jīng)日本鋼鐵企業(yè)首次應(yīng)用于電弧爐煉鋼。如今該材料已成為全球鋼鐵冶煉的標(biāo)準(zhǔn)配置，并發(fā)展成石墨的經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域。1980年代起，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐也開(kāi)始采用鎂碳磚作為爐襯材料。

（2）鋁碳耐火磚

該類材料主要應(yīng)用于連鑄工藝中的鋼坯保護(hù)套管、浸入式水口以及石油工業(yè)的射孔彈等設(shè)備。在日本，采用連鑄工藝生產(chǎn)的鋼材占比超過(guò)總產(chǎn)量的90%，英國(guó)這一比例也達(dá)到60%。

（3）坩堝及相關(guān)制品

石墨材質(zhì)的成型耐火坩堝及其配套產(chǎn)品（包括坩堝本體、蒸餾器、栓塞和澆注口等）憑借其卓越的耐火性能、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的抗金屬侵蝕性和熱震穩(wěn)定性，以及出色的導(dǎo)熱能力，成為金屬熔鑄工藝中不可替代的關(guān)鍵設(shè)備。這些特性使其在直接金屬熔煉過(guò)程中表現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì)。

Part.02煉鋼

石墨和其他雜質(zhì)材料用于煉鋼工業(yè)時(shí)可作為增碳劑。滲碳使用的碳質(zhì)材料的范圍很廣，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范圍內(nèi)煉鋼增碳劑用石墨仍是土狀石墨的主要用途之一。

Part.03作導(dǎo)電材料

石墨在電氣工業(yè)中具有重要應(yīng)用，主要用于制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器陽(yáng)極、石墨密封件、電話組件以及顯像管導(dǎo)電涂層等。其中，石墨電極的應(yīng)用最為廣泛，在冶煉各類合金鋼和鐵合金時(shí)，通過(guò)石墨電極將強(qiáng)電流導(dǎo)入電爐熔煉區(qū)，利用電弧效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使溫度升至約2000℃，實(shí)現(xiàn)金屬熔煉或化學(xué)反應(yīng)。此外，石墨電極還用于電解鎂、鋁、鈉等金屬的陽(yáng)極材料，以及制造碳化硅電阻爐的導(dǎo)電部件。

電氣工業(yè)對(duì)石墨材料的純度和顆粒度有嚴(yán)格要求。例如，堿性電池和某些特種電碳產(chǎn)品需要使用粒度在150目（0.1mm）至325目（0.042mm）之間、純度達(dá)90%-99%以上的高純石墨，且金屬鐵等有害雜質(zhì)含量必須控制在10%以下。

Part.04作耐磨和潤(rùn)滑材料

在機(jī)械工程領(lǐng)域，石墨被廣泛用作高性能潤(rùn)滑材料。與傳統(tǒng)潤(rùn)滑油不同，石墨基潤(rùn)滑劑能夠在極端工況下保持優(yōu)異性能，包括：

（1）極端環(huán)境適應(yīng)性：在超高速（可達(dá)100m/s）、高溫（超過(guò)常規(guī)潤(rùn)滑油工作極限）和高壓等惡劣條件下穩(wěn)定工作；

（2）耐腐蝕特性：特別適用于化工設(shè)備中腐蝕性介質(zhì)輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如無(wú)油潤(rùn)滑的活塞環(huán)、機(jī)械密封件和滑動(dòng)軸承；

（3）工業(yè)加工應(yīng)用：石墨潤(rùn)滑劑（如石墨乳）在金屬塑性加工工藝中表現(xiàn)出色，是線材拉拔和管材拉伸等工序的理想潤(rùn)滑介質(zhì)。這種固體潤(rùn)滑材料突破了傳統(tǒng)液體潤(rùn)滑油在極端工況下的應(yīng)用限制。

Part.5作腐蝕材料

石墨因其優(yōu)異的化學(xué)惰性而被廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備制造。經(jīng)過(guò)特殊工藝處理的石墨材料具有以下突出特性：

（1）卓越的耐化學(xué)腐蝕性能

（2）出色的導(dǎo)熱能力

（3）極低的介質(zhì)滲透率

這些特性使其成為制造化工設(shè)備的理想材料，主要包括：

·

傳熱設(shè)備：熱交換器、冷凝器、冷卻器、加熱器

·

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反應(yīng)設(shè)備：反應(yīng)槽、燃燒塔、吸收塔

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流體處理設(shè)備：過(guò)濾器、泵體

·

此類石墨設(shè)備已廣泛應(yīng)用于：

石油精煉、濕法冶金、酸堿制造、化纖生產(chǎn)、造紙工業(yè)等領(lǐng)域，不僅性能優(yōu)異，還能顯著減少金屬材料的使用量。

Part.06作鑄造、翻砂、壓模及高冶金材料

石墨憑借其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低熱膨脹系數(shù)，成為精密鑄造和高溫加工領(lǐng)域的理想材料。在玻璃器皿鑄造中，石墨模具能承受劇烈的溫度變化，使金屬鑄件具有尺寸精準(zhǔn)、表面光滑的特點(diǎn)，大幅提升成品率，通常無(wú)需二次加工即可直接使用，顯著降低了金屬損耗。在粉末冶金領(lǐng)域，石墨制成的壓模和燒結(jié)舟皿廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金等材料的成型工藝。

高純石墨材料在半導(dǎo)體工業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色，單晶硅生長(zhǎng)用的坩堝、區(qū)域提純?nèi)萜?、固定支架以及感?yīng)加熱裝置等都采用高純石墨制造。此外，石墨還用于真空冶煉系統(tǒng)的隔熱部件、耐高溫爐體的導(dǎo)電元件（包括爐管、電極棒、加熱板及網(wǎng)格柵等），展現(xiàn)出卓越的高溫性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些應(yīng)用充分發(fā)揮了石墨材料耐熱沖擊、尺寸穩(wěn)定和導(dǎo)電優(yōu)良的特性。

Part.07用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè)

在核能領(lǐng)域，石墨因其優(yōu)異的中子慢化特性而成為關(guān)鍵材料。作為最早應(yīng)用于核反應(yīng)堆的減速劑，石墨至今仍在鈾-石墨反應(yīng)堆中發(fā)揮重要作用。這類反應(yīng)堆對(duì)減速材料有著嚴(yán)格要求，需要具備耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定和抗輻照等特性，而石墨完美符合這些技術(shù)指標(biāo)。核級(jí)石墨的純度標(biāo)準(zhǔn)極高，要求雜質(zhì)總含量控制在百萬(wàn)分之幾十以內(nèi)，其中關(guān)鍵元素硼的濃度必須低于0.5ppm（百萬(wàn)分之0.5）。

在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域，石墨材料憑借其耐高溫特性被用于制造導(dǎo)彈鼻錐、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等關(guān)鍵部件。同時(shí)，它還作為高性能隔熱材料和輻射防護(hù)材料，廣泛應(yīng)用于各類航天器的熱防護(hù)系統(tǒng)中。這些應(yīng)用充分展現(xiàn)了石墨在極端環(huán)境下的卓越性能。

Part.08作防垢防銹材料

石墨具有出色的防垢和防腐蝕特性，使其在工業(yè)防護(hù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)研究表明，在鍋爐用水中添加適量石墨粉末，可有效抑制水垢在受熱面的沉積，保持熱傳導(dǎo)效率。同時(shí)，石墨涂層還能為金屬結(jié)構(gòu)提供長(zhǎng)效保護(hù)，廣泛應(yīng)用于煙囪、建筑屋頂、橋梁鋼構(gòu)、輸送管道等設(shè)施的防銹蝕處理。這種防護(hù)方式通過(guò)石墨的化學(xué)惰性和層狀結(jié)構(gòu)特性，為金屬表面建立起可靠的保護(hù)屏障。

Part.09石墨烯

石墨烯的制備基礎(chǔ)源于天然石墨的層狀結(jié)構(gòu)特性。天然石墨由多個(gè)單原子層通過(guò)弱范德華力結(jié)合堆疊而成，每個(gè)單層由碳原子以六方晶格（蜂巢狀）排列構(gòu)成。由于層間結(jié)合力微弱，通過(guò)物理剝離技術(shù)可將石墨逐層分離，當(dāng)最終獲得僅由單一碳原子層構(gòu)成的二維材料時(shí)，便得到了具有革命性性能的石墨烯。這種突破性的結(jié)構(gòu)分離過(guò)程揭示了從傳統(tǒng)三維石墨材料向二維納米材料的轉(zhuǎn)化機(jī)制。

Part.10鋰電池負(fù)極材料

在鋰離子電池負(fù)極材料體系中，碳基材料主要分為結(jié)晶型（如天然鱗片石墨、石墨化中間相碳微球）和無(wú)定形碳（如軟碳、硬碳）兩大類別。其中，石墨材料憑借低工作電位平臺(tái)、優(yōu)異循環(huán)壽命和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，已成為商業(yè)化應(yīng)用最成熟的負(fù)極體系。當(dāng)前針對(duì)天然石墨的結(jié)構(gòu)優(yōu)化已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

針對(duì)鱗片石墨因晶體取向性差異引發(fā)的儲(chǔ)鋰容量限制，業(yè)界通過(guò)顆粒形貌調(diào)控實(shí)現(xiàn)各向同性優(yōu)化。工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用氣流渦旋粉碎系統(tǒng)實(shí)施鱗片石墨球形化處理，該工藝雖能保持材料純度，但存在設(shè)備占地面積大、原料利用率低等問(wèn)題，制約了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研發(fā)應(yīng)用。最新研究表明，實(shí)驗(yàn)室級(jí)旋轉(zhuǎn)沖擊式球化裝置通過(guò)調(diào)控機(jī)械能輸入，可顯著改變石墨顆?？紫督Y(jié)構(gòu)：隨著能量密度提升，顆粒開(kāi)放孔隙率增加而封閉孔隙率降低，這種微觀結(jié)構(gòu)演變對(duì)其離子傳輸動(dòng)力學(xué)和電極穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

Part.11高導(dǎo)熱石墨塊

在熱管理材料領(lǐng)域，理想的散熱介質(zhì)需具備面內(nèi)高導(dǎo)熱特性，而石墨材料的本征屬性恰好滿足這一需求。高導(dǎo)熱石墨塊因具備面內(nèi)方向超600W/(m·K)的導(dǎo)熱性能（約為常規(guī)鋁合金材料的3-5倍），在電子器件散熱領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。相較于當(dāng)前主流的金屬散熱材料體系（鋁材導(dǎo)熱系數(shù)120-200W/(m·K)、銅材成本較高），鋁合金雖在成本控制、質(zhì)量輕量化與機(jī)械強(qiáng)度間取得平衡，但其導(dǎo)熱能力已難以滿足高性能電子設(shè)備需求。這種新型碳基散熱材料在LED照明模組、計(jì)算機(jī)中央處理器、圖形處理器等高功率密度電子元件的熱擴(kuò)散系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價(jià)值，其突破性的導(dǎo)熱性能為電子設(shè)備微型化發(fā)展提供了關(guān)鍵材料支撐。Part.012高導(dǎo)熱石墨散熱膜

電子設(shè)備散熱設(shè)計(jì)中的核心挑戰(zhàn)在于解決局部熱源的擴(kuò)散問(wèn)題。對(duì)于空間充裕的大型設(shè)備，通常采用金屬擴(kuò)熱板實(shí)現(xiàn)溫度均勻分布；而在智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，受限于緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，超薄高導(dǎo)熱石墨薄膜成為理想的平面均溫解決方案。目前主流智能手機(jī)普遍采用在后蓋內(nèi)襯貼附石墨薄膜的技術(shù)方案，有效消除處理器等關(guān)鍵部件產(chǎn)生的局部熱點(diǎn)。

當(dāng)前市場(chǎng)主流的高導(dǎo)熱石墨薄膜根據(jù)原料差異可分為兩大技術(shù)路線：一是以聚酰亞胺等高分子薄膜為前驅(qū)體，經(jīng)3000℃高溫石墨化處理制備的合成石墨薄膜，其熱導(dǎo)率可達(dá)1200W/(m·K)以上，但受工藝限制，產(chǎn)品厚度通常不超過(guò)60μm。根據(jù)傅里葉熱傳導(dǎo)定律(Q=KAΔT)，這種超薄特性限制了其整體熱通量承載能力。另一類是以天然鱗片石墨為原料制備的膨脹石墨薄膜，通過(guò)化學(xué)插層（如高氯酸處理）獲得200-300倍膨脹的蠕蟲(chóng)石墨，再經(jīng)輥壓成型制得50-200μm厚度的薄膜產(chǎn)品，其熱導(dǎo)率可達(dá)600W/(m·K)。研究表明，通過(guò)優(yōu)化原料純度和提高薄膜致密度，天然石墨薄膜在綜合性能上展現(xiàn)出更大的提升空間，有望在保持適宜厚度的同時(shí)突破更高的導(dǎo)熱性能指標(biāo)，從而在消費(fèi)電子散熱領(lǐng)域建立更顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

Part.13膨脹石墨與阻燃材料

作為一種新型功能性碳素材料，膨脹石墨(Expanded Graphite，簡(jiǎn)稱EG)是由天然石墨鱗片經(jīng)插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲(chóng)狀物質(zhì)。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等優(yōu)良性能以外，還具有天然石墨所沒(méi)有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性、生物相容性、耐輻射性等特性。早在19世紀(jì)60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，發(fā)現(xiàn)了膨脹石墨，然而其應(yīng)用則在百年之后才開(kāi)始。從此，眾多國(guó)家就相繼展開(kāi)了膨脹石墨的研究和開(kāi)發(fā)，取得了重大的科研突破。

膨脹石墨遇高溫可瞬間體積膨脹150~300倍，由片狀變?yōu)槿湎x(chóng)狀，從而結(jié)構(gòu)松散，多孔而彎曲，表面積擴(kuò)大、表面能提高、吸附鱗片石墨力增強(qiáng)，蠕蟲(chóng)狀石墨之間可自行嵌合，這樣增加了它的柔軟性、回彈性和可塑性。

可膨脹石墨（EG）是由天然鱗片石墨經(jīng)化學(xué)氧化法或電化學(xué)氧化法處理后得到的一種石墨層間化合物，就結(jié)構(gòu)而言，EG是一種納米級(jí)復(fù)合材料。普通H2SO4氧化制得的EG在受到200℃以上高溫時(shí)，硫酸與石墨碳原子之間發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生大量的SO2、CO2和水蒸氣，使EG開(kāi)始膨脹，并在1 100℃時(shí)達(dá)到最大體積，其最終體積可以達(dá)到初始時(shí)的280倍。這一特性使得EG能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)通過(guò)體積的瞬間增大將火焰熄滅。EG的阻燃機(jī)理屬于凝固相阻燃機(jī)理，是通過(guò)延緩或中斷由固態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生可燃性物質(zhì)而阻燃的。EG受熱到一定程度，就會(huì)開(kāi)始膨脹，膨脹后的石墨由原來(lái)的鱗片狀變成密度很低的蠕蟲(chóng)狀，從而形成良好的絕熱層。膨脹后的石墨薄片既是膨脹體系中的炭源，又是絕熱層，能有效隔熱，延緩和終止聚合物的分解；同時(shí)，膨脹過(guò)程中大量吸熱，降低了體系溫度；而且膨脹過(guò)程中，釋放夾層中的酸根離子，促進(jìn)脫水炭化。

EG作為一種無(wú)鹵環(huán)保阻燃劑，其優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)毒，受熱時(shí)不生成有毒和腐蝕性氣體，產(chǎn)生的煙氣很少；添加量小；無(wú)滴落；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)遷移現(xiàn)象；紫外線穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性好；來(lái)源充足，制造工藝簡(jiǎn)單。因此，EG已廣泛應(yīng)用于各種阻燃防火材料中，如防火密封條、防火板、防火防靜電涂料、防火包、可塑性防火堵料、阻火圈以及阻燃塑料等。

Part.014石墨密封材料

石墨密封材料由美國(guó)聯(lián)碳公司于19世紀(jì)60年代發(fā)明，作為一種優(yōu)秀的封嚴(yán)材料被冠以“密封王”的頭銜。其具有許多優(yōu)良的性能，如低密度、自潤(rùn)滑性能、化學(xué)穩(wěn)定性好、高導(dǎo)熱性、低膨脹性、摩擦系數(shù)小、良好的可加工性等，這些都是封嚴(yán)材料不可或缺的。由于石墨材料的這些優(yōu)點(diǎn)，其作為密封材料在航空、航天領(lǐng)域起到了不可替代的作用。航空航天密封材料主要用于航空航天器的推進(jìn)、液壓和氣動(dòng)等系統(tǒng)的管道、閥門(mén)和箱體等部件的靜密封和動(dòng)密封，以及結(jié)構(gòu)和防熱系統(tǒng)部件的密封。密封材料的性能直接決定密封的可靠性。雖然石墨材料由于其具有耐高溫、耐腐蝕和自潤(rùn)滑等諸多優(yōu)點(diǎn)，作為渦輪泵的動(dòng)密封、航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸間密封元件已日益普遍。但隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)密封材料提出了越來(lái)越苛刻的要求。例如，在高低溫（-183～600℃）、高密封壓差（出入口壓差40～50MPa）、高速旋轉(zhuǎn)（17000～40000r／min）、劇烈振蕩的氧化氣氛下工作，航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸密封材料也需在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力條件下工作。因此，研究在惡劣工作條件下滿足使用要求的高性能炭/石墨密封材料，對(duì)支持我國(guó)航空、航天事業(yè)發(fā)展具有重要意義。