石 墨 材 料 的 特 性 及 應 用(yong) 范 圍

炭 素 材 料(liao) 是(shi) 以(yi) 碳(tan) 元(yuan) 素 為 主 的(de)(de) 無 機 非 金 屬材料(liao) ，其中炭材料(liao)基 本上是(shi) 由非石(shi)(shi) 墨質碳(tan)組(zu) 成的(de)(de) 材 料(liao) ，而 石(shi)(shi) 墨 材 料(liao) 則 主 要 是(shi) 由石(shi)(shi) 墨質 碳(tan) 組(zu) 成的(de)(de) 材 料(liao) ，石(shi)(shi) 墨 又分 為 天(tian)然 石(shi)(shi) 墨 和(he)人 造 石(shi)(shi) 墨 兩(liang)類(lei) 。

       石(shi)(shi) 墨(mo) 材(cai) 料 主(zhu) 要(yao) 是 由 多 晶(jing)(jing) 石(shi)(shi) 墨(mo) 構 成(cheng) 。石(shi)(shi) 墨(mo) 是以(yi) 一 種 碳 原 子(zi) 之 間 呈 六 角(jiao) 形 平 面 網 格 的 層 狀晶(jing)(jing) 體 。 雖 然 石(shi)(shi) 墨(mo) 屬 于 無 機 非 金(jin)屬 材(cai) 料 ，但(dan) 因它具(ju) 有(you) 良(liang)好 的 熱(re) 電傳 導 性(xing) 而 被 稱 為 半 金(jin) 屬 ，石(shi)(shi) 墨(mo)具(ju) 有(you) 比某 些 金(jin) 屬 還 要(yao) 高(gao) 的 熱(re) 電 傳 導 性(xing) ，同(tong) 時(shi) 具(ju)有(you)遠(yuan) 比金(jin)屬低 的熱(re)膨脹 系數 ，很(hen) 高(gao)的化學穩定性(xing) ，這(zhe)就 使 它在(zai)工(gong) 程(cheng)應用 中(zhong)具(ju)有(you) 重要(yao) 的價值(zhi) 。石(shi)(shi) 墨(mo) 在(zai) 非 氧 化 性(xing) 介質 中(zhong) 是 化 學惰 性(xing) 的 ，具(ju) 有(you) 很(hen)好 的耐(nai)腐(fu) 蝕性(xing) ，除(chu) 了強(qiang)酸(suan)和(he) 強(qiang)氧 化性(xing) 介質外 ，石(shi)(shi)墨(mo) 不受其它酸(suan) 堿鹽 的腐(fu) 蝕、不與 任何有(you)機化合(he)物(wu)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 ，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 越 性 。

        由 于(yu) 石 墨(mo) 材(cai)(cai) 料(liao) 具 有 高(gao) 溫(wen) 強 度 高(gao) 、 導 電(dian)(dian)(dian) 傳(chuan)熱 、抗 熱 震(zhen) 性 、耐(nai) 腐 蝕性 、潤 滑(hua) 性 好 等(deng)(deng) 優(you) 點 ，它已成為(wei) 國(guo)民經 濟發(fa)展(zhan) 中不可(ke)(ke)缺 少的(de)結構材(cai)(cai) 料(liao) 、高(gao)溫(wen) 材(cai)(cai) 料(liao) 、 導 電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai) 料(liao) 、抗 磨 材(cai)(cai) 料(liao) 和(he) 功 能 材(cai)(cai) 料(liao) 。當前 ，石 墨(mo) 材(cai)(cai) 料(liao) 已 廣 泛 應(ying) 用(yong) 于(yu) 冶(ye) 金 、化 工(gong) 、電(dian)(dian)(dian) 子(zi)(zi) 、電(dian)(dian)(dian) 器 、機(ji)(ji) 械 以(yi)(yi) 及(ji) 核(he) 能 和(he) 航 空 航 天 工(gong) 業(ye) 等(deng)(deng) 部 門 ，可(ke)(ke)作(zuo) 電(dian)(dian)(dian)極(ji) 、電(dian)(dian)(dian)解(jie) 陽極(ji) 、鑄模和(he) 高(gao)溫(wen)軸承(cheng) ；原子(zi)(zi)核(he)反應(ying) 堆 中作(zuo) 為(wei) 中子(zi)(zi)減速 材(cai)(cai)料(liao) 和(he) 核(he)燃 料(liao) 的(de)表(biao) 面涂 層 ；在 宇 航 領 域 ，石 墨(mo) 材(cai)(cai) 料(liao) 可(ke)(ke) 用(yong) 于(yu) 人 造 衛 星(xing)天 線 、航 天 飛機(ji)(ji) 機(ji)(ji) 殼(ke) 以(yi)(yi)及(ji) 火 箭(jian) 發(fa) 電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji) 噴 管 喉 襯(chen)等(deng)(deng) 部 件。

     ;  石 墨 材 料 在 高(gao)溫 下 發 生 的 物 理 化 學 變(bian) 化以 及(ji) 高(gao)溫 使 用(yong) 特 點：

石(shi) 墨 材 料(liao) 的 化(hua) 學 性 質 穩(wen) 定 ，因(yin)此(ci) 是(shi) 一 種 耐腐(fu)蝕 材料(liao) 。 但 在(zai)(zai)一 定條件下 ，碳(tan)也會 和其(qi)他(ta)物質 發(fa) 生 作(zuo)(zuo) 用(yong) ，其(qi) 主 要 反(fan) 應 有 ：在(zai)(zai) 高(gao)(gao) 溫 下 與 氧(yang) 化(hua)性 氣 氛或 強 氧(yang) 化(hua)性 酸 中發(fa) 生 氧(yang) 化(hua) 作(zuo)(zuo) 用(yong) ；在(zai)(zai) 高(gao)(gao) 溫下熔 解于 金 屬(shu) 并 生 成 碳(tan) 化(hua) 物 ；生 成 石(shi) 墨 層(ceng) 間化(hua)合物。

   在(zai)(zai)(zai)常(chang) 溫 下 ，炭(tan)(tan) 與(yu)(yu) 各種 氣(qi)(qi)體(ti)(ti) 不(bu) 發 生(sheng)化(hua) 學 反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) 在(zai)(zai)(zai) 350℃左(zuo) 右 ，無 定 形(xing) 炭(tan)(tan) 即 有(you)(you)(you) 睨 顯 的(de)(de)(de) 氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) ，石(shi) 墨 在(zai)(zai)(zai) 450 ℃左(zuo) 右 也開 始(shi) 發 生(sheng) 氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua) 反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) 。石(shi)墨 化(hua)程(cheng)度(du)(du) 愈高(gao) ，石(shi) 墨的(de)(de)(de) 晶體(ti)(ti) 結(jie)構愈完整(zheng) ，其(qi)(qi) 反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)活(huo) 化(hua) 能 大(da) ，抗氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua) 性 能 好 ， 在(zai)(zai)(zai) 800~C 以(yi)內(nei)(nei) ，達 到(dao) 同一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua)速度(du)(du) 的(de)(de)(de)溫度(du)(du) ，石(shi) 墨材(cai) 料(liao)(liao)約(yue)(yue) 比炭(tan)(tan) 材(cai) 料(liao)(liao) 高(gao) 50～ 100 ℃ 在(zai)(zai)(zai) 同 一(yi) 材(cai) 料(liao)(liao) 內(nei)(nei) ，粘 結(jie) 劑(ji)炭(tan)(tan) 有(you)(you)(you)優先氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua) 的(de)(de)(de)傾 向，所 以(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)進(jin) 行(xing)到(dao)一(yi)定 程(cheng) 度(du)(du) 時(shi)(shi) ，骨 料(liao)(liao) 顆 粒(li) 會發 生(sheng) 脫 落 。在(zai)(zai)(zai) 較 低 的(de)(de)(de) 溫 度(du)(du) 下 ，如(ru) 空 氣(qi)(qi) 供(gong) 給 充 足 ，炭(tan)(tan) 和石(shi) 墨 材(cai) 料(liao)(liao) 則(ze)主 要 進(jin) 行(xing) 如(ru) 下 反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) ：C + O 2— C O 2在(zai)(zai)(zai)較 高(gao) 的(de)(de)(de) 溫 度(du)(du) 下 ，炭(tan)(tan) 和 石(shi) 墨 材(cai) 料(liao)(liao) 又 開 始(shi) 發生(sheng) 如(ru) 下 反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) ：C + 1 ／ZO 2一(yi) C O赤(chi) 熱 的(de)(de)(de) 炭(tan)(tan) 和 石(shi) 墨 材(cai) 料(liao)(liao) 與(yu)(yu) 水(shui) 蒸 氣(qi)(qi) 約(yue)(yue) 在(zai)(zai)(zai)700 ℃左(zuo) 右 開 始(shi) 反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) ：C + H 2O — C O + H 2C + 2 H 2O — C 0 2+ 2 H 2赤(chi)熱 的(de)(de)(de)炭(tan)(tan)和石(shi) 墨材(cai)料(liao)(liao)與(yu)(yu) C O 。 的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)在(zai)(zai)(zai) 更 高(gao) 的(de)(de)(de) 溫 度(du)(du)下 才 能進(jin) 行(xing) ：C + C O 2— 2 C 0炭(tan)(tan)與(yu)(yu) 氣(qi)(qi)體(ti)(ti)之 間(jian)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)屬于氣(qi)(qi) 固反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) ，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)速度(du)(du)與(yu)(yu) 當時(shi)(shi)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) 面積(ji)大(da)小 、材(cai)料(liao)(liao) 的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)孔率及 氣(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)力等 因素有(you)(you)(you) 關 ，其(qi)(qi) 反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)速度(du)(du)既取決于 表面 的(de)(de)(de)化(hua)學反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)速度(du)(du) ，也與(yu)(yu)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)子(zi) 向材(cai) 料(liao)(liao)內(nei)(nei)擴(kuo) 散 有(you)(you)(you) 關 。 若 材(cai) 料(liao)(liao) 的(de)(de)(de)氣(qi)(qi) 孔 率 高(gao) ，特 別 是 開 氣(qi)(qi)孔 率 多(duo) 時(shi)(shi) ，氣(qi)(qi) 體(ti)(ti)分(fen) 子(zi)容 易(yi)擴(kuo)散 到(dao)材(cai) 料(liao)(liao) 內(nei)(nei)部(bu)(bu) ，參與(yu)(yu) 反(fan)(fan)(fan)(fan) 應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) 的(de)(de)(de) 表 面 積(ji) 大(da) ，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua) 速 度(du)(du) 就 快 ， 當 使 用 溫度(du)(du)低 時(shi)(shi) ，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang) 化(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying) 速度(du)(du) 不(bu)高(gao) ，氣(qi)(qi) 體(ti)(ti)分(fen)子(zi)有(you)(you)(you) 足夠的(de)(de)(de)時(shi)(shi) 間(jian)擴(kuo) 散到(dao)材(cai)料(liao)(liao) 內(nei)(nei)部(bu)(bu) ，這時(shi)(shi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua) 反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)速 度(du)(du)與(yu)(yu)材(cai)料(liao)(liao) 的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)孔結(jie)構及反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)活(huo)性有(you)(you)(you) 關 。