详细讲解碳材料和石墨材料的区别
由于碳材料和石墨材料在外观和特性上有很多相似之处，很多人不知道现实中如何区分两者的关系。本文对此做了详细的介绍。
碳存在于三种最常见的同素异形体中：无定形碳、石墨和金刚石。
金刚石的分子结构和外观
钻石
它是一种由碳组成的矿物质。钻石是自然界中最坚硬的物质，被誉为“硬度之王”、“宝石之王”。钻石晶体的角度为54度44分8秒。 20世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功生产出人造金刚石。如今，人造金刚石已广泛应用于生产和生活中。
无定形碳
一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭 含碳10%左右外，其他主要成分均为元素碳。煤是天然存在的无定形碳，含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。所谓无定形碳并不是指这些物质存在的形状，而是指它们的内部结构。其实它们的内部结构并不是真正的非晶体，而是一种与石墨结构类似的晶体，只是碳原子的六方环平面形成的层状结构杂乱无序，晶体形成有缺陷。颗粒较小，含有少量杂质。
无定形碳大部分为石墨层状结构，其中分子碎片大致平行且不规则地堆积，可称为乱层结构。层间或碎片通过碳原子键以金刚石结构的四面体键合方式连接。当这个四面体中碳原子的比例较大时，无定形碳就会比较硬，例如焦炭和玻璃碳。
无定形碳的分子结构和形貌
工业上常用的碳制品是指由无定形碳原料（如煤、石油焦、沥青焦等）提纯而成的碳制品。随着原料和加工工艺的不同，此类碳制品中碳元素晶体结构中所含石墨晶体结构的比例也会有所不同。一般来说，含有的石墨晶体结构成分越多，碳的纯度越高，性能和价格也越高。
由于碳材料与石墨材料的本质区别并不大，因此很多碳制品也被称为 “ 石墨 XX” 。这也是石墨和碳这两个词汇概念混淆的根源。例如，炼钢行业常用的大型电极称为 “ 石墨电极 ” 。其实它们是碳制品，并不是真正意义上的石墨制成的电极。从外观上看，常见的碳素制品尺寸较大，如冶金用电极、冶炼炉用衬砖（碳块）、碳素散热器等。
石墨的分子结构和形貌
石墨
它是碳元素的同素异形体。每个碳原子都被另外三个碳原子包围（以蜂窝状图案排列成多个六边形）并通过共价键结合形成共价分子。由于每个碳原子释放一个电子，这些电子可以自由移动， 因此石墨是电导体。石墨可分为天然石墨和人造石墨。天然石墨矿石分为土状石墨和鳞片石墨，其中鳞片石墨是品质较高的天然石墨。
人造石墨是指对属于无定形碳分类的碳材料进行进一步加工，提高碳的纯度，进一步增加类石墨晶体结构的比例而得到的石墨材料。与碳材料一样，石墨材料可制成电极、耐火材料等工业产品。但由于其较为优异的特性，被应用于很多高端领域。例如耐高温润滑剂、电池材料的涂层改性等。
碳、石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料。碳材料基本上由非石墨碳组成，而石墨材料基本上由石墨碳组成。为了简单起见，有时将碳和石墨材料统称为碳材料。
碳制品按产品用途可分为石墨电极、碳块、石墨阳极、碳电极、糊、电碳、碳纤维、特种石墨、石墨换热器等。石墨电极按允许电流密度可分为普通功率石墨电极、高功率电极、超高功率电极。炭块按用途可分为高炉炭块、铝炭块、电炉炭块等。
碳制品按加工深度可分为碳制品、石墨制品、碳纤维和石墨纤维。碳制品根据原材料和生产工艺不同可分为石墨制品、碳制品、碳纤维、特种石墨制品等。炭素制品按灰分含量的大小可分为多灰分制品和少灰分制品（灰分含量小于1%）。
石墨在工业中应用广泛，几乎应用于各个行业。人造石墨多用于工业，称为特种石墨。根据其形成方式，可分为以下几种。
1. 等静压石墨。也就是很多人所说的三高石墨，但是三高并不等于等静压。
2. 模压石墨
3、 挤压石墨，多为电极材料。
按石墨粒度又可分为 ： 细结构石墨、中粗石墨 （ 一般粒度在 0.8mm左右） 、电极石墨 （2-4mm） .
中国炭素制品国家技术标准和部颁技术标准根据产品用途不同、生产工艺不同进行分类。这种分类方法基本上反映了产品的不同用途和生产工艺，也便于核算，因此其计算方法也采用这种分类标准。下面介绍碳素产品的分类和说明。
一、 碳及石墨制品
(1)石墨电极
主要以石油焦和针状焦为原料，以煤焦油沥青为粘结剂。经煅烧、配料、捏合、压制、焙烧、石墨化、机械加工而成。它在电弧炉中以电弧的形式释放电能。受热熔化的导体按其质量指标可分为普通功率、高功率和超高功率。石墨电极包括：
（1） 普通功率石墨电极。允许使用电流密度低于17A/cm2的石墨电极，主要用于炼钢、硅冶炼、黄磷冶炼等普通功率电炉。
（2） 抗氧化涂层石墨电极。涂有抗氧化保护层的石墨电极形成既导电又耐高温氧化的保护层，减少炼钢过程中的电极消耗。
（3） 高功率石墨电极。允许使用电流密度为18-25A/cm2的石墨电极，主要用于炼钢的大功率电弧炉。
（4） 超高功率石墨电极。允许使用电流密度大于25A/cm2的石墨电极。主要用于超高功率炼钢电弧炉。
(2)石墨阳极
主要以石油焦为原料，煤沥青为结合剂，经煅烧、配料、捏合、压制、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工而成。一般用作电化学工业电解设备的导电阳极。包括：
（1） 各种化学工业用阳极板。
（2） 各种阳极棒。
(3)特种石墨
主要以优质石油焦为原料，煤焦油沥青或合成树脂为结合剂，经原料配制、配料、捏合、压片、破碎、复捏合、成型、多次焙烧、多次浸渍、提纯、石墨化等，经机械加工而成。一般用于航空航天、电子、核工业部门。
它包括光谱纯石墨、高纯石墨、高强度石墨、高密度石墨和热解石墨。
(4)石墨换热器
是将人造石墨加工成所需形状，用树脂浸渍固化而成的热交换用不渗透石墨制品。它是由人造防渗石墨加工而成的换热设备。用于化学工业。包括：
（1） 块孔换热器；
（2） 径向式换热器；
（3） 降膜式换热器；
（4） 管式换热器。
(5)碳电极
以无烟煤、冶金焦（或石油焦）等碳质材料为原料，煤焦油沥青为粘结剂，经压缩成型烧制而成的导电电极，无需石墨化。不适用于熔化高级合金钢的电炉。包括：
（一）灰烬电极（无烟煤、冶金焦、沥青焦生产的电极）；
（2） 蓄热式电极（人造石墨、天然石墨生产的电极）；
（3） 碳电阻棒（即碳格砖）；
（4） 碳阳极（以石油焦为原料生产的预焙阳极）；
（5） 烘烤电极毛坯。
(6)碳块
以无烟煤、冶金焦为主要原料，煤焦油沥青为结合剂，经原料配制、配料、混合、成型、焙烧、机械加工而成。其中高炉炭块用作高炉炉衬的高温、耐腐蚀材料；底碳块、侧碳块、电炉块用于铝电解槽、铁合金电炉。包括：
（1） 高炉木炭；
（2） 铝罐碳块（底部碳块和侧面碳块）；
（3） 电炉木炭。
(7)碳糊
以石油焦、无烟煤、冶金焦为主要原料，煤焦油沥青为结合剂制成。有的用作各种连续自焙电炉的电极糊，作为导电电极；有的用作连续自烘烤铝罐的阳极糊，作为导电阳极；有些用作高炉砌体和粗耐火泥浆的填料。接缝及接缝填缝。高炉用自焙炭块虽然用途不同，但其生产工艺与糊状制品相似，故暂归入糊状制品。包括：
（1） 阳极糊；
（2） 电极糊（包括标准和非标准电极糊）；
（3） 底贴（包括多灰底贴和少灰底贴）；
（4） 密封膏（包括多灰密封膏和少灰密封膏）；
（5） 其他膏体（包括粗缝膏体、细缝膏体、自烧碳砖等）。
(8) 非标碳素及石墨制品
是指以碳、石墨制品为原料，经深加工制成的各种异型碳、石墨制品。包括铲式阳极、制氟阳极及各种规格的坩埚、板、棒、块等异型产品。
(9) 防渗石墨
是指用树脂和各种有机物浸渍加工而成的各种石墨异型制品，包括换热器的基体块。
(10) 电木炭产品
这是指碳棒、碳刷等产品。
二. 碳纤维
它包括各种碳纤维、石墨纤维、预氧化丝、碳布、碳带、碳绳、碳毡及其复合材料。碳纤维是含碳量高于93%的纤维。由聚丙烯腈纤维、粘胶纱、沥青纤维经炭化而成。热处理温度由低到高，可分别制成耐热纤维、碳化纤维和石墨纤维。
综上所述，从广义上讲：碳材料实际上是含有较多非晶碳结构的碳材料。石墨材料是以石墨晶体为主要成分的碳材料。两者有很多相似之处，但也存在显着差异。
