碳材料的多样性

碳材料的多样性

近年来，碳材料这一学科发展迅速，学科内的新观念、新事物不断涌现，其范围也日益扩展，与周边学科的界限越发模糊，也愈加重叠交叉，但碳材料的核心仍是以碳元素为主体构成的材料。目前，石墨、金刚石、富勒碳和炔碳以及炭黑、焦炭等过渡态炭可看做碳材料基础的四大典型晶态物质，广义地说，由这些物质派生的相关材料，都可称为碳材料。如从冶炼用的石墨电极（最大直径可达750mm以上，长度可达2800mm左右，每根电极质量可达2t多），到超微炭粒互相连接念珠状的线性物质和直径仅10μm但长度却可无限的碳纤维，以及介于这种巨大与细小之间的、不可胜数的碳材料都可称为碳材料。

老式碳材料通常是指20世纪40年代中期以前生产的碳材料；第二次世界大战以后，随着碳制品品种的日益扩展，将以高纯高密石墨、碳纤维、热解碳、玻璃碳为代表的正处于蓬勃发展中的碳材料称为新型碳材料，与老式碳材料不同，新型碳材料可以与高分子材料、金属或陶瓷结合在一起形成复合材料，图1-1所示为这两种碳材料与相邻材料的关系。

炭化是有机物通过热解而导致生成含碳量不断增加的化合物的一个长过程，炭化过程是自原料有机物转化为固体碳材料的必由之路。炭化过程中，

一般的热处理温度范围为400～600℃，在此范围内，大多数有机固体经过脱氢，转成自由基，缩合成大的分子单元等步骤，最终得到固体材料，微晶的排列也是在这一温度范围内被确立下来。虽然大部分炭物质最终将被加热到更高的温度，但是在600℃以下微晶排列方式仍是决定最终碳材料成品的结构和性能的主要因素。

图1-1 老式及新型碳材料与相邻材料的关系