Part.01作耐火材料

石墨在耐火材料領域具有重要應用，主要用于制造耐火磚、坩堝、連鑄保護渣、鑄模芯、鑄模涂料等高溫材料。過去20年間，耐火材料行業的兩大技術突破——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形成緊密關聯。據統計，全球鋼鐵行業消耗了約70%的耐火材料產品。

（1）鎂碳耐火磚

這種由美國在20世紀60年代研發成功的耐火材料，于70年代經日本鋼鐵企業首次應用于電弧爐煉鋼。如今該材料已成為全球鋼鐵冶煉的標準配置，并發展成石墨的經典應用領域。1980年代起，氧氣頂吹轉爐也開始采用鎂碳磚作為爐襯材料。

（2）鋁碳耐火磚

該類材料主要應用于連鑄工藝中的鋼坯保護套管、浸入式水口以及石油工業的射孔彈等設備。在日本，采用連鑄工藝生產的鋼材占比超過總產量的90%，英國這一比例也達到60%。

（3）坩堝及相關制品

石墨材質的成型耐火坩堝及其配套產品（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、優異的抗金屬侵蝕性和熱震穩定性，以及出色的導熱能力，成為金屬熔鑄工藝中不可替代的關鍵設備。這些特性使其在直接金屬熔煉過程中表現出不可替代的優勢。

Part.02煉鋼

石墨和其他雜質材料用于煉鋼工業時可作為增碳劑。滲碳使用的碳質材料的范圍很廣，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作導電材料

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

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

Part.04作耐磨和潤滑材料

在機械工程領域，石墨被廣泛用作高性能潤滑材料。與傳統潤滑油不同，石墨基潤滑劑能夠在極端工況下保持優異性能，包括：

（1）極端環境適應性：在超高速（可達100m/s）、高溫（超過常規潤滑油工作極限）和高壓等惡劣條件下穩定工作；

（2）耐腐蝕特性：特別適用于化工設備中腐蝕性介質輸送系統的關鍵部件，如無油潤滑的活塞環、機械密封件和滑動軸承；

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

Part.5作腐蝕材料

石墨因其優異的化學惰性而被廣泛應用于化工設備制造。經過特殊工藝處理的石墨材料具有以下突出特性：

（1）卓越的耐化學腐蝕性能

（2）出色的導熱能力

（3）極低的介質滲透率

這些特性使其成為制造化工設備的理想材料，主要包括：

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傳熱設備：熱交換器、冷凝器、冷卻器、加熱器

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反應設備：反應槽、燃燒塔、吸收塔

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流體處理設備：過濾器、泵體

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此類石墨設備已廣泛應用于：

石油精煉、濕法冶金、酸堿制造、化纖生產、造紙工業等領域，不僅性能優異，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

石墨憑借其優異的熱穩定性和低熱膨脹系數，成為精密鑄造和高溫加工領域的理想材料。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、表面光滑的特點，大幅提升成品率，通常無需二次加工即可直接使用，顯著降低了金屬損耗。在粉末冶金領域，石墨制成的壓模和燒結舟皿廣泛應用于硬質合金等材料的成型工藝。

高純石墨材料在半導體工業中扮演著關鍵角色，單晶硅生長用的坩堝、區域提純容器、固定支架以及感應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的隔熱部件、耐高溫爐體的導電元件（包括爐管、電極棒、加熱板及網格柵等），展現出卓越的高溫性能和結構穩定性。這些應用充分發揮了石墨材料耐熱沖擊、尺寸穩定和導電優良的特性。

Part.07用于原子能工業和國防工業

在核能領域，石墨因其優異的中子慢化特性而成為關鍵材料。作為最早應用于核反應堆的減速劑，石墨至今仍在鈾-石墨反應堆中發揮重要作用。這類反應堆對減速材料有著嚴格要求，需要具備耐高溫、化學穩定和抗輻照等特性，而石墨完美符合這些技術指標。核級石墨的純度標準極高，要求雜質總含量控制在百萬分之幾十以內，其中關鍵元素硼的濃度必須低于0.5ppm（百萬分之0.5）。

在航空航天和國防領域，石墨材料憑借其耐高溫特性被用于制造導彈鼻錐、火箭發動機噴管等關鍵部件。同時，它還作為高性能隔熱材料和輻射防護材料，廣泛應用于各類航天器的熱防護系統中。這些應用充分展現了石墨在極端環境下的卓越性能。

Part.08作防垢防銹材料

石墨具有出色的防垢和防腐蝕特性，使其在工業防護領域具有重要應用價值。實驗研究表明，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，保持熱傳導效率。同時，石墨涂層還能為金屬結構提供長效保護，廣泛應用于煙囪、建筑屋頂、橋梁鋼構、輸送管道等設施的防銹蝕處理。這種防護方式通過石墨的化學惰性和層狀結構特性，為金屬表面建立起可靠的保護屏障。

Part.09石墨烯

石墨烯的制備基礎源于天然石墨的層狀結構特性。天然石墨由多個單原子層通過弱范德華力結合堆疊而成，每個單層由碳原子以六方晶格（蜂巢狀）排列構成。由于層間結合力微弱，通過物理剝離技術可將石墨逐層分離，當最終獲得僅由單一碳原子層構成的二維材料時，便得到了具有革命性性能的石墨烯。這種突破性的結構分離過程揭示了從傳統三維石墨材料向二維納米材料的轉化機制。

Part.10鋰電池負極材料

在鋰離子電池負極材料體系中，碳基材料主要分為結晶型（如天然鱗片石墨、石墨化中間相碳微球）和無定形碳（如軟碳、硬碳）兩大類別。其中，石墨材料憑借低工作電位平臺、優異循環壽命和經濟性優勢，已成為商業化應用最成熟的負極體系。當前針對天然石墨的結構優化已實現技術突破并進入產業化階段。

針對鱗片石墨因晶體取向性差異引發的儲鋰容量限制，業界通過顆粒形貌調控實現各向同性優化。工業化生產中普遍采用氣流渦旋粉碎系統實施鱗片石墨球形化處理，該工藝雖能保持材料純度，但存在設備占地面積大、原料利用率低等問題，制約了實驗室規模的研發應用。最新研究表明，實驗室級旋轉沖擊式球化裝置通過調控機械能輸入，可顯著改變石墨顆粒孔隙結構：隨著能量密度提升，顆粒開放孔隙率增加而封閉孔隙率降低，這種微觀結構演變對其離子傳輸動力學和電極穩定性產生重要影響。

Part.11高導熱石墨塊

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

電子設備散熱設計中的核心挑戰在于解決局部熱源的擴散問題。對于空間充裕的大型設備，通常采用金屬擴熱板實現溫度均勻分布；而在智能手機等消費電子產品中，受限于緊湊的結構設計，超薄高導熱石墨薄膜成為理想的平面均溫解決方案。目前主流智能手機普遍采用在后蓋內襯貼附石墨薄膜的技術方案，有效消除處理器等關鍵部件產生的局部熱點。

當前市場主流的高導熱石墨薄膜根據原料差異可分為兩大技術路線：一是以聚酰亞胺等高分子薄膜為前驅體，經3000℃高溫石墨化處理制備的合成石墨薄膜，其熱導率可達1200W/(m·K)以上，但受工藝限制，產品厚度通常不超過60μm。根據傅里葉熱傳導定律(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，通過化學插層（如高氯酸處理）獲得200-300倍膨脹的蠕蟲石墨，再經輥壓成型制得50-200μm厚度的薄膜產品，其熱導率可達600W/(m·K)。研究表明，通過優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出更大的提升空間，有望在保持適宜厚度的同時突破更高的導熱性能指標，從而在消費電子散熱領域建立更顯著的技術優勢。

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，簡稱EG)是由天然石墨鱗片經插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優良性能以外，還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態環境協調性、生物相容性、耐輻射性等特性。早在19世紀60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學試劑作用后加熱，發現了膨脹石墨，然而其應用則在百年之后才開始。從此，眾多國家就相繼展開了膨脹石墨的研究和開發，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，由片狀變為蠕蟲狀，從而結構松散，多孔而彎曲，表面積擴大、表面能提高、吸附鱗片石墨力增強，蠕蟲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化學氧化法或電化學氧化法處理后得到的一種石墨層間化合物，就結構而言，EG是一種納米級復合材料。普通H2SO4氧化制得的EG在受到200℃以上高溫時，硫酸與石墨碳原子之間發生氧化還原反應,產生大量的SO2、CO2和水蒸氣，使EG開始膨脹，并在1 100℃時達到最大體積，其最終體積可以達到初始時的280倍。這一特性使得EG能在火災發生時通過體積的瞬間增大將火焰熄滅。EG的阻燃機理屬于凝固相阻燃機理，是通過延緩或中斷由固態物質產生可燃性物質而阻燃的。EG受熱到一定程度，就會開始膨脹，膨脹后的石墨由原來的鱗片狀變成密度很低的蠕蟲狀，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，膨脹過程中大量吸熱，降低了體系溫度；而且膨脹過程中，釋放夾層中的酸根離子，促進脫水炭化。

EG作為一種無鹵環保阻燃劑，其優點是：無毒，受熱時不生成有毒和腐蝕性氣體，產生的煙氣很少；添加量??；無滴落；環境適應性強，無遷移現象；紫外線穩定性和光穩定性好；來源充足，制造工藝簡單。因此，EG已廣泛應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聯碳公司于19世紀60年代發明，作為一種優秀的封嚴材料被冠以“密封王”的頭銜。其具有許多優良的性能，如低密度、自潤滑性能、化學穩定性好、高導熱性、低膨脹性、摩擦系數小、良好的可加工性等，這些都是封嚴材料不可或缺的。由于石墨材料的這些優點，其作為密封材料在航空、航天領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、液壓和氣動等系統的管道、閥門和箱體等部件的靜密封和動密封，以及結構和防熱系統部件的密封。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、耐腐蝕和自潤滑等諸多優點，作為渦輪泵的動密封、航空發動機軸間密封元件已日益普遍。但隨著航空、航天技術的發展和進步，對密封材料提出了越來越苛刻的要求。例如，在高低溫（-183～600℃）、高密封壓差（出入口壓差40～50MPa）、高速旋轉（17000～40000r／min）、劇烈振蕩的氧化氣氛下工作，航空發動機主軸密封材料也需在高速旋轉產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，對支持我國航空、航天事業發展具有重要意義。