炭素材料與石墨材料的區(qū)別

金剛石

金剛石，它是一種由碳元素組成的礦物。金剛石是自然界中Z堅(jiān)硬的物質(zhì)，素有“硬度之王”和寶石之王的美稱。金剛石的結(jié)晶體的角度是54度44分8秒。20世紀(jì)50年代，美國(guó)以石墨為原料，在高溫高壓下成功制造出人造金剛石，至今人造金剛石已經(jīng)廣泛用于生產(chǎn)和生活中。

    無(wú)定型碳一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是單質(zhì)碳。煤炭是天然存在的無(wú)定形碳，其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無(wú)定形碳，并不是指這些物質(zhì)存在的形狀，而是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實(shí)際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無(wú)定形體，而是具有和石墨近似結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂且不規(guī)則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。大部分無(wú)定形碳是石墨層型結(jié)構(gòu)的分子碎片大致相互平行地，無(wú)規(guī)則地堆積在一起，可簡(jiǎn)稱為亂層結(jié)構(gòu)。層間或碎片之間用金剛石結(jié)構(gòu)的四面體成鍵方式的碳原子鍵連起來(lái)。當(dāng)這種四面體的碳原子所占的比例多時(shí)，則無(wú)定型碳會(huì)比較堅(jiān)硬，如焦碳和玻璃態(tài)碳等屬于這種情況。

工業(yè)上常用的炭素制品是指使用無(wú)定型碳原料（例如煤炭、石油焦、瀝青焦等）提純后的碳制品。隨原料和加工工藝的不同，這類炭素制品中的碳元素晶體結(jié)構(gòu)含的石墨晶體結(jié)構(gòu)比例會(huì)有所不同。一般來(lái)說(shuō)是含的石墨晶體結(jié)構(gòu)成分越多，碳的純度越高，性能和價(jià)格就越高。由于炭素材料與石墨材料本質(zhì)上的區(qū)別并不大，很多炭素制品也被冠以了“石墨XX”的稱謂。這也是石墨和炭素兩個(gè)詞匯概念產(chǎn)生混淆的根源。例如煉鋼工業(yè)中常用的大型電極稱為“石墨電極”，其實(shí)它是炭素制品，并非真正意義上的石墨制成的電極。從外觀形式上說(shuō)，常見(jiàn)炭素制品體積較大，如冶金用電極、冶煉爐的內(nèi)襯磚（炭素塊），炭素散熱器等等。

石墨是元素碳的一種同素異形體，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形）以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些電子能夠自由移動(dòng)，因此石墨屬于導(dǎo)電體。石墨有天然石墨和人造石墨之分。天然石墨礦又分為土狀石墨和鱗片石墨，其中鱗片石墨是更為優(yōu)質(zhì)的天然石墨。人造石墨則是指將屬于無(wú)定型碳分類的炭素材料進(jìn)深加工，提高了碳的純度，進(jìn)一步增加了石墨狀晶體結(jié)構(gòu)的比例后獲得的石墨材料。石墨材料跟炭素材料一樣可以制成電極、耐火材料等工業(yè)品。但是由于其具有更多的優(yōu)異特性，在許多高端領(lǐng)域都有應(yīng)用。例如耐高溫潤(rùn)滑劑、電池材料包覆改性等等。

綜上所述，從寬泛的意義上說(shuō)，炭素材料其實(shí)是含有較多無(wú)定型碳結(jié)構(gòu)的碳材料。石墨材料則是以石墨晶體為主的碳材料。二者都具有很多相同共性，但又有明顯區(qū)別。