簡介
炭和石墨材料是以碳元素為主的非金屬固體材料，其中炭材料基本上由非石墨質碳組成的材料，而石墨材料則是基本上由石墨質碳組成的材料。為了簡便起見，有時也把炭和石墨材料統稱為炭素材料（或碳材料）。
炭素制品按産品用途可分為石墨電極類、炭塊類、石墨陽極類、炭電極類、糊類、電炭類、炭素纖維類、特種石墨類、石墨熱交換器類等。石墨電極類根據允許使用電流密度大小，可分為普通功率石墨電極。高功率電極、超高功率電極。炭塊按用途可分為高爐炭塊、鋁用炭塊、電爐塊等。炭素制品按加工深度高低可分為炭制品、石墨制品、炭纖維和石墨纖維等。炭素制品按原料和生産工藝不同，可分為石墨制品、炭制品、炭素纖維、特種石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分為多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。
我國炭素制品的國家技術标準和部頒技術标準是按産品不同的用途和不同的生産工藝過程進行分類的。這種分類方法，基本上反映了産品的不同用途和不同生産過程，也便于進行核算，因此其計算方法也采用這種分類标準。下面介紹炭素制品的分類及說明。
材料及其分類
1、金剛石：是目前所知自然界中最硬的物）質，其晶體構造基本上為面心立方格子，每個碳原子都被周圍四個碳原子所圍繞，以共價鍵相連，強度高，莫氏硬度為10，所以通常用作切削、磨削和切割材料。當金剛石中含有微量雜質時，有半導體的性能，可以做高溫整流器或固體微波器件等。天然金剛石又是貴重寶石(金剛鑽)。金剛石分為Ⅰ型、Ⅱ型和六方型三種。Ⅰ型的雜質含量較高，其中氮的含量在0.0025%～0.2%,絕大多數天然金剛石屬此型。Ⅱ型是極純的金剛石，結晶完整，氮的含量少于0.001%，導熱性良好,具有半導體性能。天然金剛石中1%～2%屬此型。用特殊的人工方法（如超高壓高溫法）可以将非金剛石結構的碳轉化為金剛石，即人造金剛石。
2、石墨：碳原子以四配位多面體組成網層，網層之間以分子鍵聯結，形成六方晶片。石墨是特殊的無機非金屬材料，兼有金屬和塑料的性能和其他一系列特性，在冶金、化工、電力和電子、機械、紡織和原子能等工業部門獲得廣泛應用。
石墨的用途與其性質密切關聯。①耐高溫、熱穩定性良好，在3600℃下也不熔化，因此用作冶金工業中坩埚、爐内的耐火材料等。②有良好的導熱和導電性（比不鏽鋼高4倍）,導電系數随溫度升高而降低。用來制造電極、電刷、碳棒、換熱器、冷卻器等。③化學穩定性好，能耐酸、堿和有機介質的侵蝕，普遍用以制造酸堿工業、石油化工、紡織、造紙等工業的換熱器、燃燒塔、反應槽、冷卻器、吸收塔、泵和加熱器等。④潤滑性能與二硫化钼相近，耐磨，摩擦系數小于0.1,可在-200～2000℃和100m/s轉速下使用，用來制作密封圈和軸承時，不用加潤滑劑。⑤可塑性好，能延展成透光、透氣的薄片。⑥有良好的中子減速性，用做原子反應堆中減速材料。此外，還用做固體燃料火箭中的噴嘴、航天設備的零件、隔熱和防射線材料。石墨最大的缺點是在高溫下易氧化，需要在保護氣氛下使用。
石墨礦有晶質和隐晶質之分。晶質石墨礦有緻密結晶和鱗片結晶兩種，前者晶粒大于0.1mm,含碳量在60%～65%，甚至高達80%～90%，但可塑性、可浮選性差。鱗片結晶石墨礦的品位雖低（3%～5%或10%～25%），但性能好。隐晶質石墨又稱土狀石墨,含碳量可高達90%以上，但性能差。世界上所産石墨半數為土狀。蘇聯是石墨礦儲量和産量最大的國家。中國石墨資源也較豐富，多半是鱗片和隐晶石墨。由于石墨礦品位不高,需經選礦和提純，常用的浮選法（石墨為疏水性）和重選法（石墨相對密度小，為1.9～2.3），可使成品中的含碳量達90%,有些制品還需采用化學提純,使含碳量提高到97%～99%或高溫提純至99.9%。
3、無定形碳 ：碳原子排列無序，或構成的晶粒過小。煤、天然氣、石油或其他有機物在1000℃左右碳化得到的無定形碳是多孔材料，其表面積很大。産品有炭黑、活性炭等。
内容
一、炭和石墨制品
(一)石墨電極類
主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結合劑，經煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導體，根據其質量指标高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。石墨電極包括：
（1）普通功率石墨電極。允許使用電流密度低于17A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼、煉矽、煉黃磷等的普通功率電爐。
（2）抗氧化塗層石墨電極。表面塗覆一層抗氧化保護層的石墨電極，形成既能導電又耐高溫氧化的保護層，降低煉鋼時的電極消耗。
（3）高功率石墨電極。允許使用電流密度為18～25A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。
（4）超高功率石墨電極。允許使用電流密度大于25A／厘米2的石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。
（二）石墨陽極類
主要以石油焦為原料，煤瀝青作粘結劑，經煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、浸漬、石墨化、機加工而制成。一般用于電化學工業中電解設備的導電陽極。包括：
（1）各種化工用陽極闆。
（2）各種陽極棒。
（三）特種石墨類
主要以優質石油焦為原料，煤瀝青或合成樹脂為粘結劑，經原料制備、配料、混捏、壓片、粉碎、再混捏、成型、多次焙燒、多次侵漬、純化及石墨化、機加工而制成。一般用于航天、電子、核工業部門。
它包括光譜純石墨，高純、高強、高密以及熱解石墨等。
（四）石墨熱交換器
将人造石墨加工成所需要的形狀，再用樹脂浸漬和固化而制成的用于熱交換的不透性石墨制品，它是以人造不透性石墨為基體加工而成的換熱設備，主要用于化學工業。包括：
（1）塊孔式熱交換器；
（2）徑向式熱交換器；
（3）降膜式熱交換器；
（4）列管式熱交換器。
（五）炭電極類
以炭質材料如無煙煤和冶金焦（或石油焦）為原料、煤瀝青為粘結劑，不經過石墨化，經壓制成型而燒成的導電電極。它不适合熔煉高級合金鋼的電爐。包括：
（l）多灰電極（用無煙煤、冶金焦、瀝青焦生産的電極）；
（2）再生電極（用人造石墨、天然石墨生産的電極）；
（3）炭電阻棒（即炭素格子磚）；
（4）炭陽極（用石油焦生産的預焙陽極）；
（5）焙燒電極毛坯。
（六）炭塊類
以無煙煤、冶金焦為主要原料，煤瀝青為粘結劑，經原料制備、配料、混粘、成型、焙燒、機加工而制成。其中高爐炭塊作為耐高溫抗腐蝕材料用于砌築高爐内襯；底部炭塊、側部炭塊、電爐塊則用于鋁電解槽和鐵合金電爐等。包括：
（1）高爐炭塊；
（2）鋁槽炭塊（底部炭塊及側部炭塊）；
（3）電爐炭塊。
（七）炭糊類
以石油焦、無煙煤、冶金焦為主要原料，煤瀝青為粘結劑而制成。有的用于各種連續自焙電爐作為導電電極使用的電極糊；有的用于連續自焙式鋁槽作為導電陽極使用的陽極糊；有的用于高爐砌築的填料和耐火泥漿的粗縫糊和細縫糊。高爐用自焙炭塊雖用途不同，但和糊類制品的生産工藝相仿，暫歸在糊類制品内。包括：
（1）陽極糊；
（2）電極糊（包括标準、非标準電極糊）；
（3）底糊（包括多灰、少灰底糊）；
（4）密閉糊（包括多灰、少灰密閉糊）；
（5）其它糊（包括粗縫糊、細縫糊、自焙炭磚等）。
（八）非标準炭、石墨制品類
這是指用炭、石墨制品經過進一步加工而改制成的各種異型炭、石墨制品。包括鏟型陽極、制氟陽極以及各種規格的坩埚、闆、棒、塊等異型品。
（九）不透性石墨類
這是指經樹脂及各種有機物浸漬、加工而制成的各種石墨異型品，包括熱交換器的基體塊。
（十）電炭産品類
這是指炭精棒、電刷等産品。
二、炭素纖維
它包括各種炭纖維、石墨纖維、預氧絲、炭布、炭帶、炭繩、炭氈及其複合材料。其中炭纖維為含碳量高于93％的纖維。用聚丙烯睛纖維、粘膠絲和瀝青纖維經碳化制成。熱處理溫度由低至高，可分别制成耐熱纖維、碳化纖維和石墨纖維。
結構分析
1、針狀焦
針狀焦是制造高功率和超高功率電極的優質材料，用針狀焦制成的石墨電極具有耐熱沖擊性能強、機械強度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優點。
目前生産的針狀焦根據使用的原料可分為石油系和煤系兩類。以石油渣油為原料生産的針狀焦為油系針狀焦；以煤焦油瀝青及其餾分為原料生産的針狀焦為煤系針狀焦。兩種針狀焦生産工藝不完全相同，但用途基本相同。
現在全球隻有美國、英國和日本能生産石油系針狀焦。煤系針狀焦隻有日本能生産，且已形成油系、煤系生産針狀焦共存局面。日本的三菱化成和新日化公司的生産裝置于20世紀70年代末和80年代初投産。美國大湖炭素公司卻在1950年首先開發成功。1964年美國聯合碳化物公司成功地以針狀焦為原料制造出超高功率電極。
目前全球針狀焦産量約120萬t左右，而我國産量隻有5萬t，我國每年針狀焦需求量約30～40萬t，80％～90%依賴進口。目前國産針狀焦價格波動在1.5～1.8萬元/t,比去年上漲了40%。加大投入開發研究生産針狀焦及引進先進技術，擴大産量是發展方向。因進口的針狀焦數量有限，錦州石化公司的産量也隻有3萬t/a。因此國内超高功率電極的産量隻好由針狀焦的數量來決定。
2、煤瀝青
在石墨電極生産中作為粘結劑，主要分中溫瀝青與改質瀝青。中溫瀝青是焦油蒸餾殘液部分，産率占焦油的54~56%。改質瀝青是以中溫瀝青為原料制取的。
國内煤瀝青價格在年後呈先穩後揚的趨勢，其上漲的主要原因仍是原料價格的上漲，加之下遊接貨較為積極，使得煤瀝青價格小幅走高。中溫瀝青主流成交價在2400-2500元/噸，改質瀝青主流成交價在2500-2750元/噸。西北地區受地域的影響，煤瀝青價格相對較低。華北、華東地區原料煤焦油市場年後持上漲的勢頭，焦油深加工企業在成本的壓力下，紛紛上調煤瀝青價格，上漲幅度100-150元/噸。
3、石油焦：
在石墨電極生産中作為骨料。
石油焦是以原油經蒸餾後的重油或其它重油為原料，以高流速通過500℃加熱爐的爐管,使裂解和縮合反應在焦炭塔内進行，再經生焦到一定時間冷焦、除焦生産出石油焦。
普通焦用于制造電極、絕緣材料，碳化矽和冶煉工業燃料。優質焦主要用作煉鋼高功率和超高功率的石墨電極。特種焦是生産反應堆用核石墨套管原料。
