1 以天然石墨為基礎(chǔ)的新材料規(guī)劃與開發(fā)

結(jié)晶石墨（天然鱗片石墨）是一種天然形成的石墨多晶，石墨化程度很高。 其特點是重量輕、硬度低、加工性能好、電阻率低、導(dǎo)熱率高、有一定的導(dǎo)磁率。 在設(shè)計產(chǎn)品時，必須充分利用這些優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，即石墨相的特性在設(shè)計產(chǎn)品的物理性能時應(yīng)起主導(dǎo)作用。 在石墨的眾多物理性能中，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性是兩個非常重要的性能。 相應(yīng)地，我們在規(guī)劃下游產(chǎn)品時，也應(yīng)重點關(guān)注這兩個特點。 球形石墨負(fù)極材料是眾多石墨產(chǎn)業(yè)園區(qū)積極謀劃的產(chǎn)品。 然而，鋰電池負(fù)極石墨材料對金屬離子含量極其敏感。 如果天然石墨中鐵、錳等金屬離子含量過高，勢必對提純工藝提出更高的要求，增加生產(chǎn)成本。 導(dǎo)熱制品對雜質(zhì)含量要求較低，但對天然鱗片石墨的粒徑有一定要求（一般粒徑應(yīng)大于20μm）。 可見，鋰離子電池負(fù)極產(chǎn)品和導(dǎo)熱產(chǎn)品對原材料的要求有些互補。 在晶質(zhì)石墨礦的利用中，可以充分考慮這種互補性，開發(fā)合適的下游產(chǎn)品。

非晶石墨（隱晶石墨）傳統(tǒng)上用于生產(chǎn)鉛筆、碳棒、耐火材料和鑄件。 這些下游產(chǎn)品主要采用土質(zhì)石墨，價格便宜，碳含量高，沒有真正利用土狀石墨獨特的形貌和物理性能。 隱晶石墨與晶質(zhì)石墨的最大區(qū)別在于粒徑較小，近似球形。 作為各向同性石墨的原料具有先天的優(yōu)勢。 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、清華大學(xué)等科研單位在各向同性石墨成型過程中使用隱晶石墨，發(fā)現(xiàn)隱晶石墨的引入對石墨制品的孔隙和各向同性有積極的影響。 這一發(fā)現(xiàn)為非晶石墨的利用提供了新的可能性。

綜上所述，天然石墨礦物高值開發(fā)由晶質(zhì)石墨開發(fā)和隱晶質(zhì)石墨開發(fā)兩部分組成。 在規(guī)劃以天然石墨為基礎(chǔ)的下游產(chǎn)品時，應(yīng)始終關(guān)注石墨獨特的物理性能，根據(jù)雜質(zhì)種類/含量、粒度等技術(shù)指標(biāo)合理規(guī)劃下游產(chǎn)品。除了球形等熱門產(chǎn)品外，石墨和石墨烯方面，開發(fā)各類新材料，豐富下游產(chǎn)品類型，提升天然石墨的開發(fā)價值。 圖1總結(jié)了天然石墨的利用路線圖，并詳細(xì)介紹了幾種代表性產(chǎn)品的開發(fā)思路和應(yīng)用場景。

1.1 高導(dǎo)熱石墨塊

隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，熱管理已成為電子產(chǎn)品中普遍存在的問題。 現(xiàn)有金屬材料在性能提升方面遇到瓶頸，而石墨材料是極具潛力的下一代散熱材料。 高性能石墨導(dǎo)熱材料的開發(fā)具有明確的市場前景。 電子設(shè)備的散熱方式可以概括為翅片冷卻、空氣對流強(qiáng)制冷卻、液冷等，這些冷卻方式無一例外都是通過介質(zhì)將功率器件的熱量傳遞到環(huán)境中。 這種傳熱需要一定的接觸面積。 隨著電子設(shè)備不斷小型化、集成化，這一矛盾越來越突出。 因此，電子設(shè)備的熱膨脹，即橫向溫度均衡，就成為熱控制設(shè)計的出發(fā)點。 理想的熱膨脹材料應(yīng)在平面方向上具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，而石墨材料的特性與此正好相符。 因此，高導(dǎo)熱石墨塊是電子設(shè)備熱管理過程中理想的熱膨脹材料。 現(xiàn)有的熱膨脹材料大多是金屬（鋁、銅）。 考慮到成本、重量、強(qiáng)度等因素，鋁合金實際上是主要選擇。 鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)在120～200W/(m·K)之間，而高導(dǎo)熱石墨塊平面方向的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)600W/(m·K)以上。 熱膨脹能力是現(xiàn)有鋁合金中最高的，是鋁合金的3～5倍。 在發(fā)光二極管（LED）、中央處理器（CPU）、圖形處理單元（GPU）等電力電子器件的熱膨脹過程中具有重要的推廣價值。

劉占軍等. [1-8]以結(jié)晶鱗片石墨為原料，通過熱壓制備出高質(zhì)量的導(dǎo)熱石墨塊。 結(jié)晶石墨具有完美的晶體結(jié)構(gòu)。 熱壓過程中引入Si、Ti等具有催化石墨化作用的成分。 通過控制熱壓溫度和壓力，可以發(fā)揮兩者的協(xié)同效應(yīng)，獲得石墨微晶的發(fā)育。 完美且定向的石墨塊（圖2）。 這樣就可以制備出導(dǎo)熱系數(shù)大于700W/(m·K)的高導(dǎo)熱石墨塊。

1.2 高導(dǎo)熱石墨膜

如前所述，局部熱源的熱膨脹是許多電子設(shè)備散熱設(shè)計中的常見問題。 在尺寸大、空間大的電子設(shè)備中，可以采用熱膨脹板來實現(xiàn)平坦的溫度均勻性。 但對于空間緊湊、尺寸有限的消費電子設(shè)備來說，這可以通過高導(dǎo)熱石墨薄膜來實現(xiàn)。 以智能手機(jī)為例，不少知名手機(jī)品牌在后蓋內(nèi)壁采用石墨膜，以達(dá)到平整的溫度均勻性，消除局部熱點。

目前，常見的高導(dǎo)熱石墨薄膜根據(jù)其制備方法可分為兩類，即以聚合物薄膜為前驅(qū)體的人工合成石墨薄膜和以天然鱗片石墨為原料的高導(dǎo)熱石墨薄膜。 前者的代表產(chǎn)品是以雙向拉伸聚酰亞胺薄膜為前驅(qū)體，經(jīng)3000℃熱處理得到的石墨化薄膜[9-10]。 據(jù)悉，該石墨膜的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)1 200 W/(m·K)以上。 但必須指出的是，由于技術(shù)限制，人造石墨薄膜的厚度大多在60μm及以下。 根據(jù)熱傳導(dǎo)公式Q=KAΔT可以看出，通過熱傳導(dǎo)傳遞的熱量不僅與材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，還與熱傳導(dǎo)的截面積有關(guān)。 因此，人造石墨薄膜的導(dǎo)熱性能也存在一定的局限性。

以天然鱗片石墨為基礎(chǔ)的高導(dǎo)熱石墨薄膜在綜合性能方面具有更大的潛力（圖3）。 魏星海等. [11-13]以30目鱗片石墨為原料，高氯酸為插層劑，制備膨脹倍數(shù)為200～300倍的蠕蟲石墨。 將蠕蟲石墨卷制成厚度為50-200μm的石墨膜，其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)600W/(m·K)。 不難看出，考慮到導(dǎo)熱系數(shù)和厚度等因素，以鱗片石墨為原料的石墨薄膜具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。 如果進(jìn)一步提高天然鱗片石墨的純度和石墨薄膜的體積密度，就有可能獲得更高導(dǎo)熱系數(shù)的天然石墨薄膜，其競爭優(yōu)勢將更加明顯。

1.3 多孔石墨及其復(fù)合材料

以天然鱗片石墨為原料，可制備體積密度可控（0.1-1.0 g/cm3）的自聚集蠕蟲石墨和多孔石墨。 這種多孔石墨具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)高的優(yōu)點，可用于吸附、強(qiáng)化傳熱等領(lǐng)域[14-16]。

另外，由于多孔石墨的孔隙大部分為毛細(xì)微孔（10-50μm），因此將多孔石墨與相變材料結(jié)合可以綜合解決相變材料的導(dǎo)熱增強(qiáng)和高溫成型兩大問題。 山西煤化工研究院團(tuán)隊將多孔石墨與石蠟、烷烴、低熔點合金等相變物質(zhì)復(fù)合[17-24]，總結(jié)了多孔石墨的體積密度與相變復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系材料（圖4）。 通過調(diào)整多孔石墨的孔隙結(jié)構(gòu)和體積密度，使相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高100倍以上，研制出導(dǎo)熱系數(shù)為10-100W/(m·K)的相變復(fù)合材料[25]。 該技術(shù)大大提高了相變材料對熱源的響應(yīng)速度，可以快速將熱量從熱源傳遞到相變材料，并通過相變材料的固/液相變過程吸收熱量[26- 27]。

以這種快速響應(yīng)相變復(fù)合材料為基礎(chǔ)材料，可以制備一系列基于相變技術(shù)的熱管理器件。 這些應(yīng)用領(lǐng)域包括：電子設(shè)備的熱控制、太陽能光熱轉(zhuǎn)換儲熱裝置以及余熱利用。 蓄熱裝置、快速降溫/保溫生活用品等

1.4 高導(dǎo)熱聚合物/高導(dǎo)熱塑料

聚合物作為一種輕質(zhì)、易加工、低成本的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、儀器儀表等領(lǐng)域。 然而，聚合物往往導(dǎo)熱系數(shù)較低，這對電子設(shè)備的散熱過程不利。 提高高分子材料的導(dǎo)熱系數(shù)具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。

提高聚合物導(dǎo)熱系數(shù)的方法可概括為兩類：一是通過調(diào)整聚合物鏈段的結(jié)構(gòu)、性能和排列方式獲得特殊的物理結(jié)構(gòu)，以提高聚合物的本征導(dǎo)熱系數(shù)； 另一種方法是在聚合物基體中引入高導(dǎo)熱系數(shù)的填料（顆粒、纖維、晶須等），通過填料交疊形成的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)來增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。 后者具有更好的成本優(yōu)勢，因此大多數(shù)導(dǎo)熱塑料側(cè)重于將各種形式的導(dǎo)熱填料與熱塑性聚合物混合。 這些導(dǎo)熱填料包括金屬顆粒、陶瓷顆粒、金屬氧化物顆粒、陶瓷纖維、石墨顆粒等。

在眾多導(dǎo)熱填料中，石墨材料具有一系列競爭優(yōu)勢：（1）石墨導(dǎo)熱系數(shù)高，其晶體的理論導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)2 000 W/(m·K)，遠(yuǎn)高于石墨的導(dǎo)熱系數(shù)。的金屬粉末。 、陶瓷顆粒等傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料； (2)石墨的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會引起聚合物基體性能的劣化； (3)石墨材料成本低，經(jīng)濟(jì)性好。 因此，石墨填充高導(dǎo)熱塑料一直在導(dǎo)熱聚合物領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。 美國公司采用天然鱗片石墨作為導(dǎo)熱填料，與PP、PPS等聚合物基體復(fù)合，生產(chǎn)導(dǎo)熱系數(shù)超過5W/(m·K)的高導(dǎo)熱塑料。 這種導(dǎo)熱塑料可應(yīng)用于化工換熱管、LED燈外殼、加熱管等多個領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 石墨烯等新型納米級碳石墨材料的出現(xiàn)，將高導(dǎo)熱石墨/聚合物復(fù)合材料的研究推向了新的高潮。 研究人員認(rèn)為石墨具有獨特的尺寸效應(yīng)。 當(dāng)石墨的厚度減小到納米級別時，片狀石墨的導(dǎo)熱系數(shù)將高于塊狀石墨的導(dǎo)熱系數(shù)。 另一方面，納米碳石墨材料具有較大的不規(guī)則性，可以通過相互重疊輕松形成連續(xù)的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。 因此，納米級碳石墨材料（石墨烯、還原氧化石墨烯、納米石墨片）在制備高導(dǎo)熱塑料方面具有巨大潛力。 但遺憾的是，這類納米級碳石墨材料作為導(dǎo)熱填料時普遍存在兩個問題：一是比表面積大，分散困難，容易團(tuán)聚；二是比表面積大，分散困難，容易團(tuán)聚。 其次，堆積密度很小，與塑料不相容。 堆積密度相差較大，熔融共混過程中可實施性差。 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所的研究人員采用“熔融剝離法”制備石墨聚合物復(fù)合材料，克服了這兩個缺點。 其技術(shù)原理（圖5）是利用混合過程中的剪切力將天然鱗片石墨原位剝離成亞微米石墨片，不僅充分利用了鱗片石墨的優(yōu)異性能和形態(tài)特征，而且巧妙地避免了石墨片的分散問題。 因此，石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較小（1%~20%），通過“熔融剝離”技術(shù)可以獲得較高體積分?jǐn)?shù)的導(dǎo)熱填料（石墨片），導(dǎo)熱系數(shù)為1.5~6.5W /(m·K)，微觀結(jié)構(gòu)如圖6所示。該技術(shù)對于導(dǎo)熱塑料的批量生產(chǎn)具有很高的價值。

導(dǎo)熱塑料是電子行業(yè)快速發(fā)展的新型基礎(chǔ)材料。 目前已應(yīng)用的案例包括發(fā)光二極管（LED）燈杯、加熱裝置中的熱交換管、電子設(shè)備散熱器、消費電子（手機(jī)、電腦等）散熱外殼、動力電池外殼、 2018年導(dǎo)熱塑料市場規(guī)模約為70億元，其中（美國）、帝斯曼（荷蘭）占據(jù)明顯主導(dǎo)地位。 傳統(tǒng)導(dǎo)熱塑料中，大量使用導(dǎo)熱填料（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥60%），因此導(dǎo)熱塑料的成本一直居高不下。 本課題組開發(fā)的導(dǎo)熱塑料，導(dǎo)熱填料廉價易得，且使用量顯著降低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤20%）。 導(dǎo)熱系數(shù)可高達(dá)6.5~25 W/(m·K)，高于純塑料。 多了幾十倍。 同時，它與塑料行業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝高度兼容，不需要額外的特殊設(shè)備。

1.5石墨改性保溫材料

天然石墨已部分用于建筑材料。 傳統(tǒng)的應(yīng)用方法是采用天然石墨經(jīng)酸化插層后作為阻燃劑。 該產(chǎn)品附加值低，面臨其他有機(jī)/無機(jī)阻燃劑的競爭。 目前，天然石墨在建筑節(jié)能和空調(diào)/暖通行業(yè)的利用出現(xiàn)了一些新的動向和趨勢，值得業(yè)界關(guān)注：納米級天然石墨粉與聚苯乙烯泡沫復(fù)合制成石墨聚苯乙烯板（俗稱“黑色泡沫板”），如圖7所示。

石墨聚苯板最早由巴斯夫公司發(fā)明，并注冊了“”商標(biāo)。 其外觀如圖7(a)所示。 這種石墨苯板的突出特點是其阻燃性能可以達(dá)到B1級，比傳統(tǒng)聚苯板高一級[28]。 同時，石墨苯板的保溫隔熱能力略高于傳統(tǒng)聚苯板。 其關(guān)鍵工藝是將天然石墨超細(xì)粉與聚苯乙烯共混發(fā)泡，超細(xì)石墨粉聚集在聚苯乙烯顆粒之間的界面處。 超細(xì)石墨粉的引入提高了聚苯乙烯泡沫的阻燃性能和尺寸穩(wěn)定性。 此外，超細(xì)石墨粉的引入也大大增加了熱傳導(dǎo)過程中的界面散射，如圖7(b)和7(c)所示。 因此，這種天然石墨改性聚苯乙烯泡沫板的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步降低，保溫性能提高，在歐洲市場廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能改造。 2014年起，國內(nèi)保溫材料廠家開始嘗試生產(chǎn)石墨聚苯板，并在全國范圍內(nèi)推廣。 該石墨聚苯板中天然石墨粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%~5%。 目前國內(nèi)石墨聚苯板市場規(guī)模約為10萬噸，相當(dāng)于天然石墨粉的消耗量4000噸。 特別值得一提的是，石墨聚苯板的市場份額不斷增加，預(yù)計仍將以每年30%的速度繼續(xù)增長。

1.6導(dǎo)熱石膏板

石膏板是建筑行業(yè)廣泛使用的內(nèi)墻裝飾材料。 其在建筑中的功能包括裝飾、隔音、防火等。傳統(tǒng)石膏板導(dǎo)熱系數(shù)較低（0.1W(/m·K)），是典型的保溫材料。 輻射制冷制熱技術(shù)的發(fā)展直接催生了一種新產(chǎn)品——導(dǎo)熱石膏板。 輻射制冷制熱技術(shù)是將冷源/熱源與輻射末端相結(jié)合，以熱輻射為主要換熱方式的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)技術(shù)。 與傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)相比，具有噪音低、高溫舒適、無風(fēng)感等優(yōu)點。 典型的輻射制冷和供暖技術(shù)由冷/熱源和冷/暖輻射終端組成（圖8）。 最具代表性的輻射制冷末端之一是“毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)”。 毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的外表面是石膏板。 傳統(tǒng)石膏板導(dǎo)熱系數(shù)低，是整個輻射冷卻系統(tǒng)傳熱/冷環(huán)節(jié)的瓶頸。 因此，自輻射制冷技術(shù)發(fā)明以來，提高石膏材料的導(dǎo)熱系數(shù)就成為輻射制冷系統(tǒng)的伴隨需求。 德國可耐福公司在石膏制備過程中添加云母、玻璃纖維等導(dǎo)熱成分，使石膏導(dǎo)熱系數(shù)提高50%[29]。 圣戈班首次將天然石墨衍生物添加到石膏中，利用天然石墨的優(yōu)異性能強(qiáng)化了石膏的導(dǎo)熱性能及其獨特的形貌[30]。 據(jù)悉，天然石墨增強(qiáng)傳熱的石膏材料導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.5W/(m·K)，比傳統(tǒng)石膏板導(dǎo)熱系數(shù)高5倍。

提高石膏板的導(dǎo)熱系數(shù)對其在輻射供冷、采暖系統(tǒng)中的熱性能具有重要意義。 前面提到，石膏板作為傳統(tǒng)建筑材料，是輻射冷暖系統(tǒng)中熱阻最大、溫度梯度最大的部件。 大多數(shù)輻射制冷系統(tǒng)采用降低進(jìn)水溫度的方法來達(dá)到環(huán)境降溫的目的。 低溫冷水的高能耗會在一定程度上削弱輻射制冷技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。 提高石膏板的導(dǎo)熱系數(shù)可以降低導(dǎo)熱環(huán)節(jié)上的熱阻，最大限度地減小冷源與環(huán)境之間的溫度梯度。 是推廣輻射供冷供暖系統(tǒng)不可缺少的組成部分。

1.7 多孔石墨輻射冷卻板

如前所述，在輻射冷暖系統(tǒng)中，輻射冷暖終端的導(dǎo)熱性能是制約系統(tǒng)制冷效率的主要瓶頸。 在石膏中添加導(dǎo)熱填料固然可以在一定程度上提高輻射冷卻終端的導(dǎo)熱熱阻，但建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)始終是有限的。 德國西格里集團(tuán)（SGL）將多孔石墨與金屬盤管相結(jié)合，打造出具有快速導(dǎo)熱性能的多孔石墨輻射制冷終端[31]。 這種多孔石墨輻射冷板的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到20W/(m·K)左右的水平，比傳統(tǒng)石膏板的導(dǎo)熱系數(shù)高出100倍左右。 其技術(shù)原理是采用自粘石墨壓制成體積密度為0.2g/cm3的多孔石墨板，多孔石墨板內(nèi)部預(yù)裝金屬換熱管。 這種多孔石墨輻射冷板（圖9）具有重量輕、導(dǎo)熱率高、安靜、冷卻速度快、無風(fēng)感等優(yōu)點，在歐洲已得到廣泛應(yīng)用。 輻射制冷技術(shù)在我國引進(jìn)后，常與其他空調(diào)技術(shù)配合使用，稱為“三恒”系統(tǒng)/“五恒”系統(tǒng)。 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所經(jīng)過多年研究，掌握了多孔石墨輻射冷板的制備關(guān)鍵技術(shù)。 該技術(shù)路線不僅生產(chǎn)工藝簡單，而且無環(huán)境污染。 多孔石墨輻射冷板每平方米消耗石墨粉約2~3公斤。 石墨輻射冷板作為新型空調(diào)技術(shù)的組成部分，也將極大帶動天然石墨的需求，為天然石墨的深加工指明了良好的方向。

1.8 氧化石墨烯和還原氧化石墨烯

自2004年問世以來，石墨烯不斷引起研究人員的關(guān)注。 石墨烯是由sp2雜化CC鍵鍵合的單原子層六方晶體。 它具有一系列獨特的機(jī)械、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能。 石墨烯的宏觀制備技術(shù)是其大規(guī)模應(yīng)用的前提。 目前，研究人員總結(jié)了超過4種制備石墨烯的方法[32]。 其中，以天然鱗片石墨為原料，通過改性方法制備氧化石墨烯，并通過還原技術(shù)得到還原氧化石墨烯的技術(shù)路線被公認(rèn)為宏觀制備技術(shù)的重要方向。 天津大學(xué)和中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所相關(guān)研究團(tuán)隊采用該技術(shù)路線制備了數(shù)百公斤/噸的還原氧化石墨烯[33-34]，并嘗試使用氧化石墨烯作為導(dǎo)電劑，導(dǎo)電油墨、鋰電池正極材料。 導(dǎo)熱填料、防腐涂料添加劑等應(yīng)用。

1.9 鋰電池負(fù)極材料

鋰電池是應(yīng)用最廣泛的二次電池。 它們的原理是利用負(fù)極中鋰離子的嵌入/脫嵌來實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。 與其他類型的二次電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、功率密度高、使用壽命長等優(yōu)點。 因此在消費電子、純電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域牢牢占據(jù)主導(dǎo)地位。 鋰電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜4部分組成。 負(fù)極材料主要是石墨。 球形天然石墨微粉廣泛用作消費電子設(shè)備鋰電池的負(fù)極材料[35-39]。 清華大學(xué)也在嘗試使用非晶石墨作為鋰電池的負(fù)極材料。

1.10 特種石墨制品

高強(qiáng)高密度石墨是碳石墨制品領(lǐng)域技術(shù)難度較大、附加值較高的一類產(chǎn)品[40]。 其應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天高溫結(jié)構(gòu)件[41]、密封件[42-43]、精密模具、核反應(yīng)堆[44-53]（高溫氣冷堆、熔鹽堆）部件等。典型的高強(qiáng)高密度石墨的特點包括兩部分：（1）與普通碳石墨材料相比，具有更高的機(jī)械性能[54-55]； (2)與普通碳石墨材料相比，孔徑較小，總氣孔率較低。 傳統(tǒng)的高強(qiáng)度、高密度石墨往往需要多次浸漬來封閉石墨材料的孔隙，從而提高石墨材料的密度。 這種重復(fù)的浸漬/烘烤過程將大大增加工藝流程并增加生產(chǎn)成本。 另一方面，也會帶來沉重的能源消耗和環(huán)保壓力。

石墨孔徑結(jié)構(gòu)的形成和演化是一個綜合的物理化學(xué)過程，不僅與成型過程中骨料的重疊孔有關(guān)，而且與成型過程中裂解氣體的逸出和收縮行為密切相關(guān)。烘烤過程。 連鵬飛等人凝聚了碳石墨制品孔隙形成及衍生過程中的常見科學(xué)問題，提出了一種制備納米孔高密度石墨的新方法[56-58]。 即以球形微晶石墨（隱晶石墨）為骨料，以傳統(tǒng)煤焦油瀝青/石油瀝青為粘結(jié)劑，通過成型-烘烤兩步工藝制備高密度石墨。 隱晶石墨的引入可以降低摩擦阻力，減少成型階段重疊孔的形成。 在焙燒階段，隱晶石墨具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和較高的尺寸穩(wěn)定性，對減少逸出氣孔和縮孔也起到積極的作用。 因此，一次烘烤后的碳石墨制品體積密度可達(dá)1.9g/cm3，彎曲強(qiáng)度為。 清華大學(xué)研究團(tuán)隊也證實了隱晶石墨在制備各向同性石墨產(chǎn)品中的應(yīng)用。 從這些研究工作可以看出，如果充分利用隱晶石墨的物理化學(xué)性質(zhì)及其外觀特征，可以進(jìn)一步挖掘隱晶石墨作為特種碳石墨原料的價值。

1.11 金剛石原料

鉆石是日常生活中一種名貴的寶石裝飾品。 也是工業(yè)生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)材料，可用作磨具、鉆頭、切削工具等。其中，寶石級鉆石大多是從天然金剛石礦石中切磨而成。 工業(yè)級鉆石主要是通過人工合成制造的。 人造金剛石的技術(shù)原理是在高溫高壓作用下驅(qū)動石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)[59]。 因此，高純天然石墨粉是人造金剛石的主要原料，其次是催化劑。 天然石墨粉的提純可以大大提高其附加值。 綜合采用化學(xué)提純、高溫提純等方法，將天然石墨粉的純度提高到99.999%以上，可作為人造金剛石的原料。

2 結(jié)論

天然石墨既是重要的戰(zhàn)略資源，又是不可再生的礦產(chǎn)資源。 實現(xiàn)天然石墨高值開發(fā)利用的關(guān)鍵是充分利用其獨特的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、輕質(zhì)等物理性能。 In , be on type, , size and . For with low and size of 10~20 μm, it is to for . For with high , be to the of - , high , high , , etc. It is that in , a of new and to have in the of - , , , , etc. The of , , and have and . They are for the high- and of . such as of Coal , of and have been in the and of the . The of is in 1. on an in- of the and of , a of new and on have been . them, , , and high- heat have good and . On the of out work in the of , this a for the high- and of for by in this .

作者 | Tao , Yan Xi, Liu ( of Coal , of , , )

來源 | from High and of