合成石墨：综合指南

合成石墨也是人造石墨的另一种说法。它们种类繁多，性能优异。它们是工业生产中不可或缺的碳基材料。未来，合成石墨可能会朝着创新和绿色的方向发展！

合成石墨的定义

合成石墨是一种经过人工合成和改性的无定形碳材料。它通常由碳质原料（如煤、石油焦等）经过高温处理和石墨化工艺制成。它具有与天然石墨相似的电学、热学和耐高温特性，但纯度和结构可根据需要进行改变。

合成石墨的特性

物理特性

合成石墨具有出色的导电性和导热性。它是一种非常适合制造电极、电池和热管理的材料。此外，合成石墨还能承受极端高温环境。这意味着在冶金和化学工业中，可以将其用作耐火材料和高温炉衬。此外，它的密度相对较低，有助于减轻结构重量。同时，它还能保持较高的比表面积，从而提高其在催化和吸附过程中的性能。

化学特性

合成石墨具有出色的耐腐蚀性和化学稳定性。例如，它能抵抗各种酸、碱和有机溶剂。因此，它适合用于制造化工设备的内衬和储罐。此外，合成石墨还能保持化学结构的稳定性，并在高温下表现出良好的抗氧化性。这一点在高温应用（如高温炉和热处理设备）中尤为重要。

机械性能

合成石墨具有较高的强度和硬度，因此可以承受较大的机械负荷并抗磨损。因此，合成石墨在制造机械部件、结构材料和耐磨材料方面非常有用。同时，合成石墨的可塑性使其可以通过不同的加工技术制成各种形状和尺寸，增加了其在工业应用中的灵活性。它的耐磨性也使其成为制造刹车片、密封件和其他摩擦材料的理想材料。

天然石墨与合成石墨

结构

天然石墨由单一碳元素组成，其晶体结构属于六方晶系，即六方层状结构。

合成石墨在晶体学上类似于多晶体，也可被视为一种多相材料。石墨化后，合成石墨的碳原子排列和层间间距比天然石墨更有序。

导热性

天然石墨的导热性一般优于人造石墨，理论上可达到 2000 W/m-K，具体取决于石墨的纯度和晶体结构。它的层状结构使热量在层内快速传导，因此在高温应用中表现出色。

合成石墨的导热系数一般在几百到 1000 W/m-K 之间。这通常取决于生产工艺和原材料的质量。

导电性

天然石墨的导电率通常在 10^4 到 10^6 S/m 之间，这与其晶体结构和杂质含量有关。天然石墨具有很高的导电性，尤其是在平面方向，因为电子可以在层间自由移动。

合成石墨的导电率一般在 10^3 到 10^5 S/m 之间，通常低于天然石墨。这是因为合成石墨的结构和石墨化程度可能不如天然石墨那么完美，导致电子运动受到一定限制。

合成石墨制造工艺

1.原料混合

我们选择纯度高、结晶度好的石油焦、针状焦等作为骨料。然后将其与煤炭、焦油、沥青等粘合剂按一定比例混合，并在 150 - 200°C 的温度下在捏合设备中进行捏合。这样，粘合剂就会均匀地包裹在骨料颗粒的表面，形成塑性糊状物。通常，我们将沥青定义为人造石墨的粘合剂。

2.成型

压缩成型： 我们将浆料放入模具中，施加 10 - 50MPa 的压力，使浆料在模具中形成所需的形状，如块、板等。

挤压 成型： 对于电极等产品，我们通过挤压机的模具挤出浆料，形成圆柱形或其他特定形状的绿色体。

3.热处理

碳化:我们将成型的生坯放入碳化炉。然后，在氮气或氩气等惰性气体的保护下，以 1 - 5 °C / 分钟的加热速度将其加热至 800 - 1000°C。在此过程中，粘合剂中的非碳元素以气体的形式逸出，而剩余的碳则进一步粘合聚合颗粒。

石墨化:然后将碳化体放入石墨化炉中，以每分钟 5 - 10°C 的加热速度加热至 2500 - 3000°C。在此高温下，碳原子重新排列，晶体结构逐渐转变为石墨结构。

合成石墨的用途

- 电池行业：

合成石墨负极具有较高的理论比容量、良好的循环稳定性和较低的锂插层电位。它们被广泛应用于各种 锂离子电池 产品，这些产品对提高电池的整体性能起着至关重要的作用。此外，石墨还可用于镁、铝等电解槽的阴极电解。

- 炼钢和冶金工业：

在炼钢工业中，石墨可用作增碳剂。在电弧炉炼钢过程中，石墨 焊条 作为导电电极，将电能传输到 炉膛从而产生电弧熔化电荷。它具有良好的导电性、耐高温性和化学稳定性。因此，它可以承受电弧炉中的强电流和熔渣侵蚀等恶劣条件。在现代钢铁工业中，石墨电极是生产特种钢和合金钢等优质钢不可或缺的关键材料。

- 摩擦材料：

石墨可用于制造机械传动系统中的离合器、汽车刹车片和高温润滑摩擦材料。例如，合成石墨的润滑性和耐热性可以在高温下保持稳定。 石墨粉 可以降低摩擦系数，减少磨损。从而提高摩擦材料的使用寿命和性能。从而保证汽车、火车等车辆制动和传动系统的正常运行。此外，新兴的合成石墨颗粒刹车片在摩擦和制动性能方面更为突出。这种刹车片由树脂和石墨合成。

- 散热和照明材料：

在功率晶体管、整流器、逆变器等电力电子设备中，需要使用合成石墨片来散热。这些设备在工作时会产生大量热量。因此，良好的散热有助于提高设备的可靠性和效率。同时，它还能减少因过热而导致的故障和性能下降。例如，LED 灯在工作过程中会产生热量，如果不能及时散热，就会影响 LED 的发光效率和寿命。合成石墨片可附着在 LED 芯片或散热基板上，有效散热。这样既能保证 LED 照明系统的正常运行，又能提高照明质量和节能效果。

- 航空航天和国防工业：

熔点高，抗热震性强，耐腐蚀。它可用作核燃料和高温气冷反应堆的包壳材料。此外，石墨还可用于制造太空火箭喷嘴、航空发动机部件和隔热结构材料。

国家合成石墨生产

中国是世界上最大的石墨生产国。2023 年，石墨产量达到 261.2 万吨，其中合成石墨产量为 5375.% ，天然石墨产量为 4625.% 。中国人造石墨出口量和净出口量持续增长，贸易顺差呈扩大趋势。

2021 年，合成石墨负极材料市场占比为 97.58%。从市场情况来看，合成石墨负极市场中端产品的主流价格区间为 $2,700-4,100 美元/吨。其中，高端功率产品的主流价格区间为 $3700-4700 美元/吨。低端产品的主流价格区间为每吨 $2100-310 美元。