碳素材料

1、金剛石：是目前所知自然界中最硬的物）質，其晶體構造基本上為面心立方格子，每個碳原子都被周圍四個碳原子所圍繞，以共價鍵相連，強度高，莫氏硬度為10，所以通常用作切削、磨削和切割材料。當金剛石中含有微量雜質時，有半導體的性能，可以做高溫整流器或固體微波器件等。天然金剛石又是貴重寶石(金剛鑽)。金剛石分為Ⅰ型、Ⅱ型和六方型三種。Ⅰ型的雜質含量較高，其中氮的含量在0.0025％～0.2％,絕大多數天然金剛石屬此型。Ⅱ 型是極純的金剛石，結晶完整，氮的含量少於0.001％，導熱性良好，具有半導體性能。天然金剛石中1％～2％屬此型。用特殊的人工方法（如超高壓高溫法）可以將非金剛石結構的碳轉化為金剛石，即人造金剛石。

2、石墨：碳原子以四配位多面體組成網層，網層之間以分子鍵聯結，形成六方晶片。石墨是特殊的無機非金屬材料，兼有金屬和塑料的性能和其他一系列特性，在冶金、化工、電力和電子、機械、紡織和原子能等工業部門獲得廣泛應用。

石墨的用途與其性質密切關聯。①耐高溫、熱穩定性良好，在3600℃下也不熔化，因此用作冶金工業中坩堝（見彩圖）、

爐內的耐火材料等。②有良好的導熱和導電性（比不鏽鋼高4倍）,導電係數隨溫度升高而降低。用來製造電極、電刷、碳棒、換熱器、冷卻器等。③化學穩定性好，能耐酸、鹼和有機介質的侵蝕，普遍用以製造酸鹼工業、石油化工、紡織、造紙等工業的換熱器、燃燒塔、反應槽、冷卻器、吸收塔、泵和加熱器等。④潤滑性能與二硫化鉬相近，耐磨，摩擦係數小於0.1,可在-200～2000℃和100m/s轉速下使用，用來製作密封圈和軸承時，不用加潤滑劑。⑤可塑性好，能延展成透光、透氣的薄片。⑥有良好的中子減速性，用做原子反應堆中減速材料。此外，還用做固體燃料火箭中的噴嘴、航天設備的零件、隔熱和防射線材料。石墨最大的缺點是在高溫下易氧化，需要在保護氣氛下使用。石墨礦有晶質和隱晶質之分。晶質石墨礦有緻密結晶和鱗片結晶兩種，前者晶粒大於0.1mm,含碳量在60％～65％，甚至高達80％～90％，但可塑性、可浮選性差。鱗片結晶石墨礦的品位雖低（3％～5％或10％～25％），但性能好。隱晶質石墨又稱土狀石墨，含碳量可高達90％以上，但性能差。世界上所產石墨半數為土狀。蘇聯是石墨礦儲量和產量最大的國家。中國石墨資源也較豐富，多半是鱗片和隱晶石墨。由於石墨礦品位不高，需經選礦和提純，常用的浮選法（石墨為疏水性）和重選法（石墨相對密度小，為1.9～2.3），可使成品中的含碳量達90％,有些製品還需採用化學提純，使含碳量提高到97％～99％或高溫提純至99.9％。

3、無定形碳：碳原子排列無序，或構成的晶粒過小。煤、天然氣、石油或其他有機物在1000℃左右碳化得到的無定形碳是多孔材料，其表面積很大。產品有炭黑、活性炭等。

1、炭素材料和技術的推廣

（1）煤系針狀焦生產技術（提高單套裝置能力）；（2）微孔炭塊、半石墨質炭磚生產技術；（3）炭質中間相製備技術（100ｔ／ａ先進電源負極材料）；（4）高功能電極生產技術（穩定接頭質量）；（5）高溫氣冷堆專用炭及石墨材料；（6）高強高密（細結構）炭材生產技術； （7）熱解炭製備及應用技術；

2、炭素材料和技術研究

（1）超高功率石墨電極（φ500、600、700毫米）生產技術；包括優質針狀焦製備技術，優質瀝青浸漬劑和粘結劑製備技術，內串石

墨化工藝及裝備開發和生產技術集成等。

（2）超微孔炭磚生產工藝，裝備技術；

（3）聚丙烯腈素炭纖維製備技術；

（4）包括原絲及炭化級纖維適應性評價，高強中模（σｂ≥5ＧＰａ、

Ｅ ≥250ＧＰａ）製備技術、石墨纖維（σｂ≥2．5ＧＰａ、Ｅ≥400

ＧＰａ）製備技術；

（5）炭質中間相生產技術（＞500ｔ／ａ）；包括先進電池專用電極材料生產技術（電容量≥350ｍＡｈ／ｇ，能力＞300ｔ／ａ），自焙性炭質中間相生產技術（各向同性炭材的體積密度≥

1．86ｇ／立方厘米、能力＞200ｔ／ａ）和生產技術集成等。

（6）全炭人工心瓣生產技術；包括超低溫沉積技術和加工裝配技術。

（7）低成本中間相瀝青炭纖維生產技術；包括低成本可紡中間相瀝青生產和熔紡技術。

（8）大尺寸高強高密（細結構）炭材生產技術；包括主要裝備配套及工藝穩定性。

3、炭素材料前沿材料和技術

（1）炭合金（功能、結構材料）製備技術；包括飛機制動炭－－炭系合金，炭－－陶瓷系抗氧化、抗輻照材料，特殊

場合用炭－－金屬系抗疲勞材料和電觸頭材料。

（2）納米炭製備技術；炭母體形成超微米、納米空間控制技術，超微米、納米空間表徵、功能評價

及納米炭（管、球）的製備技術。（完）