Part.01作耐火材料

石墨在耐火材料领域具有重要应用，主要用于制造耐火砖、坩埚、连铸保护渣、铸模芯、铸模涂料等高温材料。过去20年间，耐火材料行业的两大技术突破——镁碳砖在炼钢炉衬里的普及和铝碳砖在连铸工艺中的推广，使石墨材料与钢铁冶炼行业形成紧密关联。据统计，全球钢铁行业消耗了约70%的耐火材料产品。

（1）镁碳耐火砖

这种由美国在20世纪60年代研发成功的耐火材料，于70年代经日本钢铁企业首次应用于电弧炉炼钢。如今该材料已成为全球钢铁冶炼的标准配置，并发展成石墨的经典应用领域。1980年代起，氧气顶吹转炉也开始采用镁碳砖作为炉衬材料。

（2）铝碳耐火砖

该类材料主要应用于连铸工艺中的钢坯保护套管、浸入式水口以及石油工业的射孔弹等设备。在日本，采用连铸工艺生产的钢材占比超过总产量的90%，英国这一比例也达到60%。

（3）坩埚及相关制品

石墨材质的成型耐火坩埚及其配套产品（包括坩埚本体、蒸馏器、栓塞和浇注口等）凭借其卓越的耐火性能、低热膨胀系数、优异的抗金属侵蚀性和热震稳定性，以及出色的导热能力，成为金属熔铸工艺中不可替代的关键设备。这些特性使其在直接金属熔炼过程中表现出不可替代的优势。

Part.02炼钢

石墨和其他杂质材料用于炼钢工业时可作为增碳剂。渗碳使用的碳质材料的范围很广，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范围内炼钢增碳剂用石墨仍是土状石墨的主要用途之一。

Part.03作导电材料

石墨在电气工业中具有重要应用，主要用于制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银整流器阳极、石墨密封件、电话组件以及显像管导电涂层等。其中，石墨电极的应用最为广泛，在冶炼各类合金钢和铁合金时，通过石墨电极将强电流导入电炉熔炼区，利用电弧效应将电能转化为热能，使温度升至约2000℃，实现金属熔炼或化学反应。此外，石墨电极还用于电解镁、铝、钠等金属的阳极材料，以及制造碳化硅电阻炉的导电部件。

电气工业对石墨材料的纯度和颗粒度有严格要求。例如，碱性电池和某些特种电碳产品需要使用粒度在150目（0.1mm）至325目（0.042mm）之间、纯度达90%-99%以上的高纯石墨，且金属铁等有害杂质含量必须控制在10%以下。

Part.04作耐磨和润滑材料

在机械工程领域，石墨被广泛用作高性能润滑材料。与传统润滑油不同，石墨基润滑剂能够在极端工况下保持优异性能，包括：

（1）极端环境适应性：在超高速（可达100m/s）、高温（超过常规润滑油工作极限）和高压等恶劣条件下稳定工作；

（2）耐腐蚀特性：特别适用于化工设备中腐蚀性介质输送系统的关键部件，如无油润滑的活塞环、机械密封件和滑动轴承；

（3）工业加工应用：石墨润滑剂（如石墨乳）在金属塑性加工工艺中表现出色，是线材拉拔和管材拉伸等工序的理想润滑介质。这种固体润滑材料突破了传统液体润滑油在极端工况下的应用限制。

Part.5作腐蚀材料

石墨因其优异的化学惰性而被广泛应用于化工设备制造。经过特殊工艺处理的石墨材料具有以下突出特性：

（1）卓越的耐化学腐蚀性能

（2）出色的导热能力

（3）极低的介质渗透率

这些特性使其成为制造化工设备的理想材料，主要包括：

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传热设备：热交换器、冷凝器、冷却器、加热器

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反应设备：反应槽、燃烧塔、吸收塔

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流体处理设备：过滤器、泵体

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此类石墨设备已广泛应用于：

石油精炼、湿法冶金、酸碱制造、化纤生产、造纸工业等领域，不仅性能优异，还能显著减少金属材料的使用量。

Part.06作铸造、翻砂、压模及高冶金材料

石墨凭借其优异的热稳定性和低热膨胀系数，成为精密铸造和高温加工领域的理想材料。在玻璃器皿铸造中，石墨模具能承受剧烈的温度变化，使金属铸件具有尺寸精准、表面光滑的特点，大幅提升成品率，通常无需二次加工即可直接使用，显著降低了金属损耗。在粉末冶金领域，石墨制成的压模和烧结舟皿广泛应用于硬质合金等材料的成型工艺。

高纯石墨材料在半导体工业中扮演着关键角色，单晶硅生长用的坩埚、区域提纯容器、固定支架以及感应加热装置等都采用高纯石墨制造。此外，石墨还用于真空冶炼系统的隔热部件、耐高温炉体的导电元件（包括炉管、电极棒、加热板及网格栅等），展现出卓越的高温性能和结构稳定性。这些应用充分发挥了石墨材料耐热冲击、尺寸稳定和导电优良的特性。

Part.07用于原子能工业和国防工业

在核能领域，石墨因其优异的中子慢化特性而成为关键材料。作为最早应用于核反应堆的减速剂，石墨至今仍在铀-石墨反应堆中发挥重要作用。这类反应堆对减速材料有着严格要求，需要具备耐高温、化学稳定和抗辐照等特性，而石墨完美符合这些技术指标。核级石墨的纯度标准极高，要求杂质总含量控制在百万分之几十以内，其中关键元素硼的浓度必须低于0.5ppm（百万分之0.5）。

在航空航天和国防领域，石墨材料凭借其耐高温特性被用于制造导弹鼻锥、火箭发动机喷管等关键部件。同时，它还作为高性能隔热材料和辐射防护材料，广泛应用于各类航天器的热防护系统中。这些应用充分展现了石墨在极端环境下的卓越性能。

Part.08作防垢防锈材料

石墨具有出色的防垢和防腐蚀特性，使其在工业防护领域具有重要应用价值。实验研究表明，在锅炉用水中添加适量石墨粉末，可有效抑制水垢在受热面的沉积，保持热传导效率。同时，石墨涂层还能为金属结构提供长效保护，广泛应用于烟囱、建筑屋顶、桥梁钢构、输送管道等设施的防锈蚀处理。这种防护方式通过石墨的化学惰性和层状结构特性，为金属表面建立起可靠的保护屏障。

Part.09石墨烯

石墨烯的制备基础源于天然石墨的层状结构特性。天然石墨由多个单原子层通过弱范德华力结合堆叠而成，每个单层由碳原子以六方晶格（蜂巢状）排列构成。由于层间结合力微弱，通过物理剥离技术可将石墨逐层分离，当最终获得仅由单一碳原子层构成的二维材料时，便得到了具有革命性性能的石墨烯。这种突破性的结构分离过程揭示了从传统三维石墨材料向二维纳米材料的转化机制。

Part.10锂电池负极材料

在锂离子电池负极材料体系中，碳基材料主要分为结晶型（如天然鳞片石墨、石墨化中间相碳微球）和无定形碳（如软碳、硬碳）两大类别。其中，石墨材料凭借低工作电位平台、优异循环寿命和经济性优势，已成为商业化应用最成熟的负极体系。当前针对天然石墨的结构优化已实现技术突破并进入产业化阶段。

针对鳞片石墨因晶体取向性差异引发的储锂容量限制，业界通过颗粒形貌调控实现各向同性优化。工业化生产中普遍采用气流涡旋粉碎系统实施鳞片石墨球形化处理，该工艺虽能保持材料纯度，但存在设备占地面积大、原料利用率低等问题，制约了实验室规模的研发应用。最新研究表明，实验室级旋转冲击式球化装置通过调控机械能输入，可显著改变石墨颗粒孔隙结构：随着能量密度提升，颗粒开放孔隙率增加而封闭孔隙率降低，这种微观结构演变对其离子传输动力学和电极稳定性产生重要影响。

Part.11高导热石墨块

在热管理材料领域，理想的散热介质需具备面内高导热特性，而石墨材料的本征属性恰好满足这一需求。高导热石墨块因具备面内方向超600W/(m·K)的导热性能（约为常规铝合金材料的3-5倍），在电子器件散热领域展现出显著优势。相较于当前主流的金属散热材料体系（铝材导热系数120-200W/(m·K)、铜材成本较高），铝合金虽在成本控制、质量轻量化与机械强度间取得平衡，但其导热能力已难以满足高性能电子设备需求。这种新型碳基散热材料在LED照明模组、计算机中央处理器、图形处理器等高功率密度电子元件的热扩散系统中具有重要应用价值，其突破性的导热性能为电子设备微型化发展提供了关键材料支撑。Part.012高导热石墨散热膜

电子设备散热设计中的核心挑战在于解决局部热源的扩散问题。对于空间充裕的大型设备，通常采用金属扩热板实现温度均匀分布；而在智能手机等消费电子产品中，受限于紧凑的结构设计，超薄高导热石墨薄膜成为理想的平面均温解决方案。目前主流智能手机普遍采用在后盖内衬贴附石墨薄膜的技术方案，有效消除处理器等关键部件产生的局部热点。

当前市场主流的高导热石墨薄膜根据原料差异可分为两大技术路线：一是以聚酰亚胺等高分子薄膜为前驱体，经3000℃高温石墨化处理制备的合成石墨薄膜，其热导率可达1200W/(m·K)以上，但受工艺限制，产品厚度通常不超过60μm。根据傅里叶热传导定律(Q=KAΔT)，这种超薄特性限制了其整体热通量承载能力。另一类是以天然鳞片石墨为原料制备的膨胀石墨薄膜，通过化学插层（如高氯酸处理）获得200-300倍膨胀的蠕虫石墨，再经辊压成型制得50-200μm厚度的薄膜产品，其热导率可达600W/(m·K)。研究表明，通过优化原料纯度和提高薄膜致密度，天然石墨薄膜在综合性能上展现出更大的提升空间，有望在保持适宜厚度的同时突破更高的导热性能指标，从而在消费电子散热领域建立更显著的技术优势。

Part.13膨胀石墨与阻燃材料

作为一种新型功能性碳素材料，膨胀石墨(Expanded Graphite，简称EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。EG 除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。早在19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，发现了膨胀石墨，然而其应用则在百年之后才开始。从此，众多国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发，取得了重大的科研突破。

膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。

可膨胀石墨（EG）是由天然鳞片石墨经化学氧化法或电化学氧化法处理后得到的一种石墨层间化合物，就结构而言，EG是一种纳米级复合材料。普通H2SO4氧化制得的EG在受到200℃以上高温时，硫酸与石墨碳原子之间发生氧化还原反应,产生大量的SO2、CO2和水蒸气，使EG开始膨胀，并在1 100℃时达到最大体积，其最终体积可以达到初始时的280倍。这一特性使得EG能在火灾发生时通过体积的瞬间增大将火焰熄灭。EG的阻燃机理属于凝固相阻燃机理，是通过延缓或中断由固态物质产生可燃性物质而阻燃的。EG受热到一定程度，就会开始膨胀，膨胀后的石墨由原来的鳞片状变成密度很低的蠕虫状，从而形成良好的绝热层。膨胀后的石墨薄片既是膨胀体系中的炭源，又是绝热层，能有效隔热，延缓和终止聚合物的分解；同时，膨胀过程中大量吸热，降低了体系温度；而且膨胀过程中，释放夹层中的酸根离子，促进脱水炭化。

EG作为一种无卤环保阻燃剂，其优点是：无毒，受热时不生成有毒和腐蚀性气体，产生的烟气很少；添加量小；无滴落；环境适应性强，无迁移现象；紫外线稳定性和光稳定性好；来源充足，制造工艺简单。因此，EG已广泛应用于各种阻燃防火材料中，如防火密封条、防火板、防火防静电涂料、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

石墨密封材料由美国联碳公司于19世纪60年代发明，作为一种优秀的封严材料被冠以“密封王”的头衔。其具有许多优良的性能，如低密度、自润滑性能、化学稳定性好、高导热性、低膨胀性、摩擦系数小、良好的可加工性等，这些都是封严材料不可或缺的。由于石墨材料的这些优点，其作为密封材料在航空、航天领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进、液压和气动等系统的管道、阀门和箱体等部件的静密封和动密封，以及结构和防热系统部件的密封。密封材料的性能直接决定密封的可靠性。虽然石墨材料由于其具有耐高温、耐腐蚀和自润滑等诸多优点，作为涡轮泵的动密封、航空发动机轴间密封元件已日益普遍。但随着航空、航天技术的发展和进步，对密封材料提出了越来越苛刻的要求。例如，在高低温（-183～600℃）、高密封压差（出入口压差40～50MPa）、高速旋转（17000～40000r／min）、剧烈振荡的氧化气氛下工作，航空发动机主轴密封材料也需在高速旋转产生的巨大离心力条件下工作。因此，研究在恶劣工作条件下满足使用要求的高性能炭/石墨密封材料，对支持我国航空、航天事业发展具有重要意义。