石墨材料按用途的分类及其显微结构的特点

石墨电极

    石墨电极主要用作电弧炼钢炉的导电电极。

    石墨电极具有挤压成型材料的特征，不同直径石墨电极的显微结构见图49～57。

    直径75mm石墨电极具有浸渍石墨材料的特征，中粒结构占95%以上(图49～51)。

    直径100～250mm石墨电极，中粒结构占80%以上。其中普通石墨电极的孔隙较多(图52、53)；电极接头的孔隙较少，具有浸渍石墨材料的特征(图54、55)。

直径300～500mm石墨电极，孔隙较多，中粒结构占60%以上(图56、57)。

图49 Φ 75mm石墨电极(细粒结构，中密，孔隙率22%)

图50 Φ 75mm石墨电极(细粒结构，低密，孔隙率27%)

图51 Φ 75mm石墨电极(中粒结构，中密，孔隙率21%)

图52 Φ 100-250mm石墨电极(细粒结构，低密，孔隙率27%)

图53 Φ 100-250mm石墨电极(中粒结构，低密，孔隙率27%)

图54 Φ 100-250mm石墨电极(细粒结构，特高密，孔隙率6%，电极接头)

图55 Φ 100-250mm石墨电极(中粒结构，中密，孔隙率19%，电极接头)

图55 Φ 300-500mm石墨电极(细粒结构，特低密，孔隙率30%)

图56 Φ 300-500mm石墨电极(中粒结构，低密，孔隙率26%)

石墨阳极

    石墨阳极主要用作电解食盐溶液制取氯气、苛性钠的阳极导电材料。石墨阳极具有挤压成型，浸渍石墨材料的特征，中粒结构占90%以上(图58～60)。

图58 石墨阳极(细粒结构，高密，孔隙率13%)

图59 石墨阳极(中粒结构，高密，孔隙率15%)

图60 石墨阳极(中粒结构，中密，孔隙率24%) 　

高纯石墨

    高纯石墨主要用作原子反应堆的中子减速材料和反射材料，生产高纯金属、非金属及半导体材料的容器等。

    生产高纯石墨材料时，要选用杂质含量低的焦炭作原料，而且在石墨化高温热处理的过程中要通入氨气或氟里昂等气体进行提纯处理。

    高纯石墨具有挤压成型、浸渍石墨材料的特征，中粒结构占70%以上(图61、62)。

    在高纯石墨中，有相当大的一部分(如原子反应堆用的石墨材料等)属于各向同性石墨材料。生产各向同性石墨材料，除了采用等静压成型法、焦炭颗粒高度细粒度化外，也可选用各向同性的焦炭(如球状焦)作原料生产各向同性石墨材料(图63～65)。从图63～65可以看出球状焦显微结构的特点：球形颗粒的中心处为镶嵌型结构成份(图63)；壳层处为粗镶嵌和区域型结构成份，且壳层处六角形碳网面近似地呈球状分布(图64、65)；球形颗粒上的裂纹多数近似于同心圆状(图7－64)，但也有不呈同心圆状(图65)。

图61 高纯石墨 (中粒结构，高密，孔隙率13%)

图62 高纯石墨 (中粒结构，高密，孔隙率16%)

图63  高纯石墨 (以球状焦为原料，特高密，孔隙率8%)   　

图64  高纯石墨 (以球状焦为原料，特高密，孔隙率8%)

图65  高纯石墨 (以球状焦为原料，高密，孔隙率12%

高强高密石墨

    高强高密石墨材料主要用于宇航工业和制作热压模具等。

    高强高密石墨材料在生产工艺上有挤压成型(图66～69)、等静压成型(图70～72)；在原料上除了用正常煅烧焦炭外，有的以生石油焦(图73)或低温(500℃左右)煅烧石油焦(图74)为原料，也有以超细粒度的焦炭粉为原料(图75)。

    高强高密石墨具有典型浸渍石墨材料的特征，孔隙率较低(图66～75)。

图66 高强高密石墨 (挤压成型，特高密，孔隙率9%)

图67 高强高密石墨 (挤压成型，高密，孔隙率10%)  

图68  高强高密石墨 (挤压成型，高密，孔隙率13%)      

图69  高强高密石墨 (挤压成型，高密，孔隙率17%)

图70  高强高密石墨 (等静雅成型，高密，孔隙率11%)

图71  高强高密石墨 (等静雅成型，高密，孔隙率13%)

图72  高强高密石墨 (等静雅成型，高密，孔隙率14%)

图73 高强高密石墨 (以生石油焦为原料，特高密，孔隙率4%)  

图74 高强高密石墨 (以低温煅烧石油焦为原料，特高密，孔隙率8%)

图75 高强高密石墨 (以超细焦炭粉为原料，特高密，孔隙率8%) 　

不透石墨

    不透石墨材料主要用于化工生产中，作为热交换器、反应塔等耐腐蚀材料。不透石墨材料按生产工艺条件的不同，可分为浸渍不透石墨、压型和浇注不透石墨。

浸渎不透石墨

    浸渍不透石墨是以石墨材料为坯料经机械加工后，再用热固性树脂进行浸渍、固化而制成的。

    浸渍不透石墨材料的显微结构与浸渍石墨相似，但材料中的孔隙不是被浸渍炭所填塞，而是被树脂类物质所填充；树脂类物质呈各向同性，干涉色为紫红色(图76)。

    浸渍不透石墨材料中的焦炭颗粒上的孔隙几乎不被树脂类物质所填充(图77、78)。

图76 浸渍不透石墨 (细粒结构)

图77 浸渍不透石墨 (中粒结构)

图78  浸渍不透石墨 (粗粒结构)

压型和浇注不透石墨

    压型不透石墨是以石墨粉为原料，以树脂为粘结剂，按一定配比进行混?、成型和固化而制成的。浇注不透石墨是将石墨粉与树脂进行混合(混合物具有良好流动性)，于常温(或加热)；常压(或加压)下经浇注、固化而制成的。显见这两种材料是因使用原料而得名，并非属于真正石墨材料。   

    压型不透石墨材料多以挤压成型的管状材料为主。其显微结构见图79、80：具有挤压成型材料的特征；孔隙很少。压型不透石墨材料中的树脂的分布状态与浸渍不透石墨材料中的树脂不同，它常常可以浸入石墨颗粒的内部(图81)。

    浇注不透石墨材料的显微结构与炭糊相似，是以石墨颗粒高度分散在树脂中为其基本特征。

图79 压型不透石墨 (平行挤压方向)

图80 压型不透石墨 (垂直挤压方向)  　

图81 压型不透石墨 (树脂浸入颗粒内部)