材質(zhì)介紹

在不同低溫下與氧氣反應(yīng)生成氫氣或一氧化碳； 鹵素中，只有氟能與簡(jiǎn)單碳直接反應(yīng)； 在加熱下，石墨粉更容易被酸氧化； 在低溫下，它可以與許多金屬反應(yīng)形成金屬基體，可以在低溫下制造鋼金屬。

材料特性

石墨粉是一種物理反應(yīng)非常敏感的物質(zhì)。 它的電阻率在不同的環(huán)境下會(huì)發(fā)生變化，即它的電阻值會(huì)發(fā)生變化，但有一點(diǎn)是不會(huì)改變的。 石墨粉非常好。 金屬導(dǎo)電物質(zhì)之一，只要將石墨粉不間斷地放在絕緣物體上，就會(huì)像細(xì)線一樣通電，而內(nèi)阻值沒有準(zhǔn)確的數(shù)字，由于石墨粉的厚度不一樣，不同材質(zhì)和環(huán)境下使用的石墨粉內(nèi)阻值也會(huì)不同。 由于其特殊的結(jié)構(gòu)，石墨具有以下特殊性能：

1）耐低溫型：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃。 雖然是超低溫電弧燃燒，但重量損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。 石墨的硬度隨著溫度的升高而增加，在2000℃時(shí)，石墨的硬度增加一倍。

2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電率比普通非金屬礦物高100倍。 導(dǎo)熱系數(shù)超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。 熱導(dǎo)率隨著空氣溫度的下降而降低，即使在極高的濕度下，石墨也可以起到熱絕緣體的作用。

3）潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨片的尺寸。 薄片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。

4）物理穩(wěn)定性：石墨在常溫下具有良好的物理穩(wěn)定性，耐酸、堿和有機(jī)溶劑。

5）可塑性：石墨具有良好的硬度，可以連接成很薄的片材。

6）耐光沖擊性：石墨在室溫下使用時(shí)可以承受濕度的劇烈變化而不損壞。 當(dāng)溫度突變時(shí)，石墨的體積不會(huì)發(fā)生太大變化，不會(huì)形成裂紋。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、作為耐火材料：石墨及其制品具有耐低溫、高硬度的性能。 它們主要用于制造冶金工業(yè)中的石墨坩堝。

2、作為導(dǎo)電材料：在電氣工業(yè)中用于制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流裝置的負(fù)極、石墨墊片、電話零件、電視顯像管的涂料等。

3、作為耐磨潤(rùn)滑材料：石墨在機(jī)械工業(yè)中常被用作潤(rùn)滑劑。 在高速、高溫、高壓條件下往往不能使用潤(rùn)滑油，而石墨耐磨材料可以在（1）200~2000℃高滑動(dòng)速率下無潤(rùn)滑油工作。 許多輸送腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備廣泛采用石墨材料制作活塞皮碗、密封圈和軸承，運(yùn)行時(shí)不需要添加潤(rùn)滑油。 石墨乳也是許多金屬加工（拉絲、拉管）的良好潤(rùn)滑劑。

分類

高純度亞微米石墨顆粒的應(yīng)用范圍非常廣泛：電子信息用顯像管、顯示器制造行業(yè)用黑色導(dǎo)電油墨、液晶顯示器組成的器件、傳感器和顏色解析器上使用的感光黃色漆膜、平板顯示器等。彩色液晶等離子三基色用于改善發(fā)射效果和色彩對(duì)比度，超細(xì)鎢、鉬拉絲等油墨，中間潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂制造，高性能蓄電池泡沫鐵鎳制造高純亞微米石墨顆粒廣泛應(yīng)用于感光膠片等諸多行業(yè)。

高純石墨超細(xì)粉包括膠體石墨粉，主要用于毛筆、粉末冶金、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、干電池、導(dǎo)電油墨、潤(rùn)滑油墨、國(guó)防科委、科研機(jī)構(gòu)等。 我國(guó)生產(chǎn)的膠體石墨粉是我國(guó)石墨行業(yè)發(fā)展的排頭兵，部分技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

花崗巖（密封防粘脂）性能及用途：耐低溫3000攝氏度，耐高壓40KG，用于船舶、飛機(jī)、機(jī)車、汽車、工程機(jī)械及各種小型石油、化工、電機(jī)等金屬粘接表面，法蘭連接處的密封和防粘。

特種石墨油墨：水性石墨油墨、導(dǎo)電石墨油墨、溶解石墨油墨、內(nèi)外石墨油墨、拉絲石墨油墨、潤(rùn)滑石墨油墨、玻璃纖維油墨、電視石墨油墨及特種油墨、各種非金屬材料、納米級(jí)材料制作流程、設(shè)計(jì)方案。 經(jīng)營(yíng)各類防腐設(shè)備，承接各類防腐設(shè)備加工。 品種多樣、尺寸齊全，產(chǎn)品執(zhí)行《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》。 設(shè)計(jì)制造各類精細(xì)化工設(shè)備、各類球磨機(jī)及特種機(jī)械的配方工藝。

使用

行業(yè)

石墨具有良好的物理穩(wěn)定性。 經(jīng)過特殊加工的石墨具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透性低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制作熱交換器、反應(yīng)罐、冷凝器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器等裝置、泵設(shè)備。 廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量金屬材料。

鑄造、鑄造、造型及低溫冶金材料：由于石墨熱膨脹系數(shù)小，但能快速冷卻和快速熱變化，可用作玻璃器皿的鑄造模具。 使用石墨后，白色金屬可獲得規(guī)格準(zhǔn)確、表面潔白、成品率高的毛坯。 無需加工或稍加加工即可使用，節(jié)省大量金屬。 在硬質(zhì)合金和其他粉末冶金工藝的生產(chǎn)中，一般采用石墨材料來制造瓷舟，進(jìn)行成型和燒制。 單晶晶體生長(zhǎng)坩堝、區(qū)域精煉容器、支架夾具、感應(yīng)加熱器等均采用高純石墨制成。 據(jù)悉，石墨還可用作真空煉鐵、低溫內(nèi)阻爐管、棒、板、柵等器件的石墨絕熱板和底座。

石墨可以防止窯爐酸敗。 有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水底添加一定量的石墨粉（每斤水約4～5克），可以避免窯爐表面結(jié)垢。 據(jù)悉，金屬水塔、屋頂、橋梁、管道上的石墨涂層可以防止腐蝕和生銹。

石墨可用作筆芯、顏料和拋光劑。 石墨經(jīng)特殊加工后可制成各種特種材料用于相關(guān)工業(yè)部門。

據(jù)悉，石墨還是輕工玻璃、印染的拋光劑、防銹劑，是制造鋼筆、墨水、黑漆、墨汁、人造金剛石、鉆石等不可缺少的原料。 是一種非常好的節(jié)能環(huán)保材料，日本已將其用作汽車電池。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)大，已成為高新技術(shù)領(lǐng)域新型復(fù)合材料的重要原材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。

國(guó)防

用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè)：石墨是原子反應(yīng)堆良好的中子慢化劑，鈾石墨反應(yīng)堆在原子反應(yīng)堆中得到廣泛應(yīng)用。 作為動(dòng)力用原子能反應(yīng)堆中的減速材料，應(yīng)具有高熔點(diǎn)、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。 石墨完全可以滿足上述要求。 原子反應(yīng)堆使用的石墨含量很高，雜質(zhì)濃度不能超過幾十PPM。 尤其是其中硼濃度應(yīng)大于0.5PPM。 在國(guó)防工業(yè)中，石墨還用于制造固體燃料格柵噴嘴、潛艇鼻錐、航空航天設(shè)備零件、隔熱材料和防射線材料等。

傳導(dǎo)原理

一般來說，橡膠是絕緣的。 如果需要導(dǎo)電，就需要添加導(dǎo)電物質(zhì)。 石墨粉具有良好的導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性和脫模性。 石墨加工成石墨粉，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性和導(dǎo)電性。 石墨粉含量越高，導(dǎo)電性能越好。 很多特種橡膠制品廠都需要導(dǎo)電橡膠，那么橡膠中添加石墨粉可以導(dǎo)電嗎？ 答案是肯定的，但是還有一個(gè)問題，橡膠中石墨粉的比例是多少？ 有的企業(yè)使用比例不超過30%。 此類型用于耐磨橡膠制品，如車輛輪胎等，也有特種橡膠廠使用比例為100%。 只有這樣才能導(dǎo)電。 原理是導(dǎo)體不能中斷，就像電纜一樣，如果中間斷了，就不會(huì)通電。 導(dǎo)電橡膠上的導(dǎo)電石墨盒就是導(dǎo)體。 如果石墨粉被絕緣橡膠切斷，就不會(huì)導(dǎo)電。 所以石墨粉的導(dǎo)電效果比柱子差，看來療效也不好。

熱傳導(dǎo)

石墨導(dǎo)熱（）

當(dāng)石墨體呈現(xiàn)室溫梯度時(shí)，熱量從低溫流向高溫。 表征石墨導(dǎo)熱性能的參數(shù)是導(dǎo)熱系數(shù)。 導(dǎo)熱系數(shù)I是單位時(shí)間、單位面積通過的熱量q（熱流密度）與空氣溫度梯度的比值系數(shù)。

q=–λ

(1)中的負(fù)號(hào)表示熱流方向與空氣溫度梯度方向相反。 方程（1）通常被稱為熱傳導(dǎo)傅里葉定理。 設(shè)垂直于x軸方向的截面積為ΔS，則材料沿x軸方向的水溫梯度為dT/dx，在Δτ時(shí)間內(nèi)，沿正方向流經(jīng)ΔS截面的熱量x軸的ΔQ為ΔQ，在穩(wěn)定傳質(zhì)狀態(tài)下，式(1)的形式為：

(2) 導(dǎo)熱系數(shù)的法定單位是W·m·K。 對(duì)于不穩(wěn)定的傳質(zhì)過程，即物體各處水的溫度隨時(shí)間而變化。 與外界沒有熱交換且具有室溫梯度的物體，隨著時(shí)間的推移，溫度梯度會(huì)趨于零，即熱端溫度不斷升高，冷端溫度升高繼續(xù)降低，最終達(dá)到穩(wěn)定的平衡溫度。 在這些不穩(wěn)定的傳質(zhì)過程中，物體內(nèi)單位面積的濕度隨時(shí)間的變化率為：

(3) 其中 τ 是時(shí)間，ρ 是密度，cp 是恒壓下質(zhì)量的潛熱。 λ/ρcp常被稱為石墨的熱擴(kuò)散率或熱導(dǎo)率，常用單位為cm/s。

熱傳導(dǎo)是通過導(dǎo)熱載體的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 石墨的導(dǎo)熱載流子包括電子、聲子（晶格激波）、光子等。石墨的導(dǎo)熱系數(shù)可以表示為各種導(dǎo)熱載流子貢獻(xiàn)的疊加：

(4) 其中vi、li和ci分別是導(dǎo)熱載體i的運(yùn)動(dòng)速度、平均自由程和單位體積比熱容。 石墨的各種導(dǎo)熱載體相互作用、相互制約。 例如，不同頻率的聲子相互碰撞而引起散射，聲子之間也會(huì)形成氫鍵、晶格缺陷和雜質(zhì)之間的散射，從而影響其平均自由程。 因此，石墨的導(dǎo)熱是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程。 從理論上預(yù)測(cè)各類石墨的導(dǎo)熱系數(shù)值及其隨溫度的變化，雖然進(jìn)行了多年的努力，但只取得了有限的成果。 簡(jiǎn)單地說，在室溫和不太高的水溫（大于）下，聲子的熱導(dǎo)率是壓倒性的，電子和光子的熱導(dǎo)率可以忽略不計(jì)。 在極低的溫度下（大于10K），電子熱傳導(dǎo)僅占據(jù)一定量。 直到空氣溫度非常高（上圖）時(shí)，光子熱傳導(dǎo)才會(huì)開始出現(xiàn)。 石墨的熱導(dǎo)率隨著其霧度比的降低而降低（參見維德曼-弗蘭茨定理）。

結(jié)晶石墨

單晶硅

石墨單晶硅是純天然鱗片石墨和高取向熱解石墨。 這種石墨晶體缺陷較少，但規(guī)格較大。 通?？梢哉J(rèn)為是比較健全的石墨單晶硅。 人們對(duì)這種石墨的導(dǎo)熱性進(jìn)行了大量研究。 在壓縮偏轉(zhuǎn)下，經(jīng)過上述處理后的熱解石墨的堆積密度為2.25g/cm，接近單晶硅的理論密度2.266g/cm，其（002）衍射峰半寬角展度僅為0.4°（馬賽克角），也非常接近零度的理論值。 這些石墨的熱導(dǎo)率如表1所示。該值通常被認(rèn)為代表單晶硅石墨的相應(yīng)值。 沿兩個(gè)主要方向的熱導(dǎo)率：沿平面的熱導(dǎo)率記為λa，沿與平面垂直的平面的熱導(dǎo)率記為λc。

在常溫下，λa大約比λc大200倍。 隨著氣溫的下降，這個(gè)比例有所下降，但仍然很大。 因此，由微晶組成的多晶石墨的導(dǎo)熱率是由微晶層的導(dǎo)熱率λa控制的，而幾乎不能考慮λc。 天然鱗片石墨室溫下的λa在280～500W/(m·K)之間，比值λa/λc在3～5之間?？梢娖浣Y(jié)晶程度遠(yuǎn)不如鱗片石墨。高取向熱解石墨。

熱解石墨具有高度規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，La以上，從高溫到低溫，其導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度呈鐘形變化，見圖1和圖2。

室溫下遠(yuǎn)高于石墨晶層導(dǎo)熱系數(shù)的特征溫度θλ：

λa∝exp(–θλ/bT)(5)

式中，b約等于2，θλ有時(shí)也稱為德拜溫度，但與表征潛熱的德拜溫度不同（見碳質(zhì)材料和石墨材料的潛熱）。當(dāng)室溫多時(shí)小于 θλ，則有

λa∝T(6)

由式（5）可知，在高溫下，λa隨著溫度T的升高而增大； 由式（6）可知，在低溫下，λa隨著溫度的升高而增大。 在高溫和低溫之間，式（5）和式（6）都起作用，當(dāng)這兩種效應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，λa達(dá)到最大值。 這就是形成鐘罩曲線的原因。

在不太低的溫度下，石墨晶體的導(dǎo)熱載體是聲子，式(3)可簡(jiǎn)化為：

λ=γρcVvl (7) 其中ρ是密度，cV是質(zhì)量定體積潛熱，v是聲子傳播速度，l是兩個(gè)聲子散射或碰撞之間的平均自由程，γ是比例系數(shù)。 在高溫下，l的尺寸受到氫鍵散射的阻礙，并且l的尺寸與微晶的規(guī)格相當(dāng)。 因此，λa~T曲線的峰值的高度和位置由石墨晶體的規(guī)格(微晶a的半徑La)控制。 熱解石墨的固溶溫度越高，建立的晶體越多，La急劇減少，因此導(dǎo)熱系數(shù)λa增大，峰值減小，峰值位置連接到高溫側(cè)（圖3）。

對(duì)于兩種石墨晶體，晶界a方向半徑分別為L(zhǎng)a.1和La.2，導(dǎo)熱系數(shù)峰位置分別為Tm.1和Tm.2。 這些參數(shù)之間的關(guān)系如下：

(8) 提供了一種根據(jù)熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)計(jì)算 La 的方法。 這些方法得到的La值幾乎與X射線衍射法得到的值相當(dāng)。

導(dǎo)熱橢球體

晶體兩個(gè)主方向的導(dǎo)熱系數(shù)為λa和λc，沿任意方向Ф的導(dǎo)熱系數(shù)為λФ，其中Ф為該方向與晶軸c之間的夾角。

λФ=λasinФ+λccosФ(9)

方程(9) pT 由一個(gè)以長(zhǎng)徑為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體圖形表示（圖 4）。 橢球的長(zhǎng)半徑為 λc，短半徑為 λa。 這個(gè)橢球體稱為石墨的導(dǎo)熱橢球體。 任意方向的導(dǎo)熱系數(shù)λФ可以用該方向上橢球體的直徑γФ來表示：

λФ=1/γФ(10)

該方向的直徑越短，導(dǎo)熱系數(shù)越大。

多晶石墨

多晶石墨的導(dǎo)熱系數(shù)受多種因素影響：級(jí)配和粘結(jié)劑種類及配比、成型條件、熱處理濕度等制造工藝有明顯影響； 微晶的大小和分布、孔隙的數(shù)量和形狀以及其他結(jié)構(gòu)誘因，其影響尤為突出。 盡管同一石墨的不同批次之間存在相當(dāng)大的差異，但不同石墨品種之間的導(dǎo)熱率差異很大。 盡管影響因素很多，但控制導(dǎo)熱系數(shù)的基本規(guī)律沒有改變。 在聲子熱傳導(dǎo)為主的溫度區(qū)域，仍受式（7）所示規(guī)律控制。

多晶石墨由許多微晶組成。 多晶石墨的熱導(dǎo)通過微晶層傳遞（a方向熱傳導(dǎo)）。 由于微晶的 λa 比 λc 大兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右，因此可以忽略 c 方向的熱傳導(dǎo)，如圖 6 所示。在中等濕度下，微晶的 λa 主要受兩個(gè)散射過程控制： 1熱導(dǎo)率λB受氫鍵散射控制，微晶尺寸La越大，λB越大。 2、熱導(dǎo)率λu受聲子碰撞引起的散射控制，水溫越高，這些散射越強(qiáng)，且隨溫度升高而減小。 λa、λB、λu之間的關(guān)系如下：

1/λa=1/λB+1/λu

(15) 任意方向(x方向)的熱導(dǎo)率λx取決于多晶石墨中微晶的取向和分布。 由于傳熱路徑深而粗糙，微晶之間還可能存在非晶態(tài)、不健全的結(jié)晶碳物質(zhì)和過渡碳物質(zhì)。 λx與λa的關(guān)系中應(yīng)包含一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)αx，即：

(16) 根據(jù)理論分析，λu隨溫度的變化數(shù)據(jù)列于表3。然后將不同水溫下的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論公式(16)進(jìn)行比較，得到λB和αx。 圖2顯示了擠壓芯石墨PGA和壓塑ZTA石墨的測(cè)量熱導(dǎo)率和估計(jì)熱導(dǎo)率的比較。 7.

表3 λu隨氣溫的變化

室溫/K

100

150

200

250

300

350

400

500

600

700

800

900

1000

λu/W·

(厘米·K)

第391章

204

53.6

26.7

20.1

14.9

12.1

9.29

8.00

6.87

6.20

5.61

5.15

幾種模壓石墨的導(dǎo)熱系數(shù)隨空氣溫度的變化分別如圖8和圖9所示，λ-T曲線均為鐘形。

導(dǎo)熱理論

石墨晶體的導(dǎo)熱理論非常繁瑣，在計(jì)算機(jī)的幫助下已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但仍有很多問題有待進(jìn)一步闡明。 以無缺陷理想石墨晶體的層熱導(dǎo)率λa為例，晶格振動(dòng)波被量子化，振動(dòng)波稱為聲子，振動(dòng)波是矢量，可以稱為波矢量。 波矢量的能量和狀態(tài)是晶體倒晶格的函數(shù)。 整個(gè)晶體的倒晶格可以用一個(gè)很小的區(qū)域來表示； 這個(gè)地區(qū)被稱為 區(qū)。 只要清楚地認(rèn)識(shí)到該區(qū)域聲子的能量和狀態(tài)，整個(gè)晶體中聲子的情況就清楚了。

石墨晶體的B??區(qū)是六角四面體（圖5）。 如果只討論石墨晶體層處的熱導(dǎo)率，作為簡(jiǎn)化模型，只討論圖5中正六邊形表面上聲子的運(yùn)動(dòng)就足夠了。這些二維情況大大簡(jiǎn)化了問題，使問題變得更容易去處理。 用n表示波數(shù)，在[nx,ny]平面上，圓形截面的面積可以用直徑為nm的圓曲面來表示，由圖5可得：

(11)

式(11)中，a為石墨的晶格參數(shù)，a=0.246×10cm。 nm是聲子振動(dòng)的最大波數(shù)，即單位寬度內(nèi)聲子的振動(dòng)次數(shù)。 聲子速度v和波數(shù)n的乘積就是聲子的頻率，聲子的能量與頻率成反比。 聲子的最大角頻率wm=2πvnm，2πnm稱為最大角波數(shù)，常記為qm。 qm=1..

對(duì)聲子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，每個(gè)類別稱為一個(gè)聲子分支，每個(gè)分支都有一個(gè)代號(hào)。 貝里尤安區(qū)正六方能級(jí)上存在多個(gè)聲子支，主要有3個(gè)：橫支，最大頻率為 ，速度vL=2.36×10cm/s； 2、TA，縱向分支，最大頻率為，速率為vT=1./s； 3、低TA支路，又稱彎曲振動(dòng)支路，最大頻率為vb=0.53×10cm/s，速率為vb=0.53×10cm/s。 此外，還有折疊LA分支、橫向光分支TO等，這種非主分支的頻率高于4THz，它與其他分支相互作用強(qiáng)烈，因此大于4THz，即角頻率大于wc=2.5× 10S的那些不起傳熱作用的支路可以忽略。 wc 稱為聲子角頻率的下限。 低TA分支的速度比LA和TA低很多，所以可以忽略。 在這些大大簡(jiǎn)化的情況下，僅考慮兩個(gè)分支LA和TA，并且僅考慮熱傳導(dǎo)，而不考慮潛熱。 這就是所謂的二維聲子氣體模型。 由此可以定義德拜速率 vD：

(12) 由上列數(shù)據(jù)可得：德拜速度vD=1.86×10cm/s，聲子最大角頻率wm==2。

當(dāng)熱傳導(dǎo)載流子被聲子壟斷時(shí)，即在室溫且水溫不太高的情況下，理想石墨晶體的層熱導(dǎo)率為λ，則

(13) 式中，ρ為理想石墨晶體的密度2.266g/cm，γ為格林艾森系數(shù)（見石墨潛熱），宜γ=2，從而得到

=5.73/T×10(14)

該公式簡(jiǎn)單明了，可以為式（6）的T關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。 由該公式計(jì)算得到的熱導(dǎo)率與高取向熱解石墨實(shí)測(cè)值的比較如表2所示。

測(cè)量值與理論值大致相符，從非常簡(jiǎn)化的理論模型得到的結(jié)果實(shí)際上與現(xiàn)實(shí)吻合得這么好。 兩者的平均比值為0.94，這說明雖然是這樣的石墨晶體，但與理想晶體相比，其建立程度仍然不足。

低導(dǎo)熱石墨

密度為1.84g/cm3的擠壓航空航天石墨ATJ-S、密度為2.0g/cm3的各向同性細(xì)粒萊州石墨和HDFG（用短纖維改進(jìn)的HDG）均為低導(dǎo)熱率多晶石墨。 該石墨的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系如圖 10 所示。

導(dǎo)熱系數(shù)和密度

早在19世紀(jì)中葉，著名化學(xué)家、電磁波理論的創(chuàng)始人JC·麥克斯韋（JC ）。 他在其名著《電磁波理論》（1873）中強(qiáng)調(diào)，對(duì)于富含孔隙的材料，如果孔隙以直徑相等的小球狀均勻地分散在材料中，則該材料的電導(dǎo)率（濁度或熱導(dǎo)率）電導(dǎo)率），從理論上講，可以通過以下公式估算：

(17)

式中，P為孔隙率，λ0為無孔隙（P=0）時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。 這個(gè)公式具有歷史意義。 對(duì)于石墨來說，孔隙不是球形的，更不用說非等直徑的了，這個(gè)公式不適用。 但它表明孔隙率越大（即密度越?。?，導(dǎo)熱系數(shù)就越小。 這個(gè)推論是正確的。 經(jīng)過不同浸漬處理的擠壓核石墨，在室溫下，其導(dǎo)熱系數(shù)λ∥隨孔隙率變化，按如下關(guān)系式變化：

λ∥=λ0exp(–bP)(18)

式中，λ0=/(m·K)為無孔極限導(dǎo)熱系數(shù)，常數(shù)b=7.00。

對(duì)于同一類型的石墨，導(dǎo)熱系數(shù)隨著其密度的減小而增大。 圖11顯示了HDFG各向同性石墨的λ與密度之間的關(guān)系。

熱處理溫度 多晶石墨多由燒結(jié)坯料經(jīng)低溫?zé)崽幚碇瞥伞?熱處理溫度越高，微晶的發(fā)育越成熟，La降低，熱導(dǎo)率也急劇降低。 將煅燒后的石油針狀焦和中溫煤焦油瀝青擠壓成燒結(jié)棒。 經(jīng)過不同熱處理（HTT）后，La值如表4所示。軸向熱導(dǎo)率λ∥隨溫度的變化如圖12所示。熱導(dǎo)率的倒數(shù)1/λ稱為泊松比。 在不同的熱處理溫度下，這些石墨的軸向撓度1/λ//和l/La之間的關(guān)系如圖13所示。另一種由石油焦和中溫煤焦油瀝青制成的擠壓石墨，圖14顯示了λ∥ 對(duì) La 的依賴性。對(duì)于模制石墨，λ⊥ 和 HTT 之間的關(guān)系如圖 15 所示。

熱擴(kuò)散率α也稱為溫度傳導(dǎo)系數(shù)，α=λ/ρcp。 （見式（3））。 它表征材料在加熱或冷卻過程中各部分溫度趨于一致的能力； 它是表征不穩(wěn)定傳質(zhì)過程中溫度變化率的特征參數(shù)。 材料的導(dǎo)熱系數(shù)越高，材料內(nèi)部的本體溫度傳播速度越大，材料內(nèi)部的溫差越小。 一種新型石墨，ρ=1.81g/cm3，各向同性細(xì)晶石墨EK-98，其α隨溫度的變化如圖16所示。

散熱系數(shù)ε是表征石墨材料熱性能的綜合參數(shù)，與導(dǎo)熱系數(shù)密切相關(guān)。 它定義為：

ε=(λcpρ)(19)

在法定單位制中，ε的單位為WS·m·K，表征材料表面的散熱或放熱能力。 EK-98石墨的散熱系數(shù)隨溫度的變化如圖17所示。

導(dǎo)熱系數(shù)各向異性石墨材料的各向異性表現(xiàn)為沿平行于對(duì)稱軸方向的導(dǎo)熱系數(shù)λ∥與沿垂直方向的導(dǎo)熱系數(shù)λ⊥之差。 通常，對(duì)于擠壓石墨λ∥>λ⊥，λ∥/λ⊥之比稱為導(dǎo)熱系數(shù)各向異性； 對(duì)于模壓石墨，λ⊥>λ∥，λ⊥/λ∥之比稱為導(dǎo)熱系數(shù)各向異性； 即各向異性最小為1（各向同性）。 設(shè)沿著石墨對(duì)稱軸oz的取向參數(shù)為Roz，平行和垂直方向的標(biāo)定參數(shù)為γ∥和γ⊥（參見石墨的各向異性），則：

因?yàn)槲⒕У?λc/λa