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碳、生命之源，它是地球上所有有机体生物的骨架元素，是构成人体最重要的元素。 而“碳”是最硬最软的材料，是绝缘体、导电体、隔热材料、导热材料、全吸光材料、全透光材料。 碳的性能具有多样性吗？ 为了更全面地理解这一点，我们先从碳材料的发展史开始。 请参见----------------------------------------- -
碳，厉害吗？ 让我们来看看它的发展史。 你觉得它离我们真的很近吗？ 静静地服务于生活的各个方面。 从最贴近我们生活的领域，到科技前沿的航空航天、核工业，从人类生存中热能的来源——木炭，到彰显爱情浓墨重彩的钻石，都是开启人类文明书写的墨汁； 远征宇宙的碳纳米管“天空步骤”。 这一切都是“碳”性能表现出的不同状态，这些多样的性能深深吸引着科学家，“碳”的研究也成为他们永不放弃的课题。
【碳材料发展史】生活用炭Carbon in Life主要以木炭、煤、墨的形式用于供暖、烹饪、文字记录等。
木炭
木炭( charcoal )是指木材或木质原料经过不完全燃烧或在隔绝空气的情况下热分解而残留的深褐色或黑色的多孔固体燃料。
应用
虽然人们是什么时候开始使用炭的还不清楚，但可以说在人们发明生火的同时，也与炭联系在一起是妥当的。
木炭是木材原有结构和孔中残留焦油的不纯无定形碳。 中国商代的青铜器和春秋战国时代的铁器冶炼使用的是木炭，利用其吸湿性来观测气候变化等。
在燃料、电炉冶炼还原剂、金属精制时作为覆盖剂保护金属免受氧化。
在化学工业中经常被用作二硫化碳和活性炭等的原料。 用作饼干厂、冶炼厂等的燃料，也用于水的过滤、液体的脱色、黑色火药的制造等。 应用于抛光、绘画、化妆、医药、火药、渗碳、粉末合金等诸多方面。
产品类别
木炭产品主要分为白炭、黑炭、活性炭、机械制炭四大类。
白炭特点：优点燃烧时间长，不冒烟、无污染，比重大，有敲击金属钢的声音； 存在潮湿易爆(燃烧时啪啪作响、火星飞溅伤人)、价格昂贵等缺点。 黑炭特点：优点易点燃； 缺点易爆、不易燃烧、燃烧时冒烟等。 活性炭可以说是木炭的深加工。 主要产于我国南方福建、浙江一带，他用氯化锌、磷酸、硫化钾和白云石等化学品对木炭进行活化、漂洗、干燥、粉碎加工，其生产过程对水污染比较严重，国家普遍限制生产。 机械制煤机械制煤作为传统木炭(传统木炭：以树木为原料烧制而成，是一种破坏资源的产业，已被国家禁止)的替代产品，具有燃烧时间长、热值高、不冒烟、不爆炸、环保等多种特点煤炭
煤是古代植物埋藏于地下经过复杂的生化和物理化学变化而逐渐形成的固体易燃矿物。 植物遗体经生化作用埋藏后，经地质作用发生变化的固体易燃有机岩，俗称煤。 煤炭被称为黑金、工业粮食，是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。
应用
煤炭的重要位置已经被石油所取代，但在相当长的一段时间内，由于石油的枯竭，它必然会走向衰落。 煤炭储量巨大，科学技术的快速发展，再加上煤炭气化等新技术的成熟和广泛应用，煤炭将成为人类生产生活中不可替代的能源之一。
煤炭的用途非常广泛，根据其使用目的，可以归纳为三种主要用途： (1)动力煤，(2)炼焦煤，(3)煤化工用煤，主要是气化用煤，低温干馏用煤，加氢液化用煤等。
产品类别
煤炭是世界上分布最广泛的化石能源资源，主要分为沥青炭和无烟煤、亚沥青炭和褐煤四大类。
墨
墨是中国古代笔记和绘画中使用的墨锭。 墨水的主要原料是炭黑、松烟、胶水等，碳元素以非晶态的形式存在。 将砚台用水研磨可以制成毛笔书写用的墨汁，以胶体溶液的形式存在于水中。
【炭素材料发展史】传统工业用炭Carbon in Traditional Industries主要以电极、炭黑、刷子的形式应用于冶金、橡胶轮胎、电动机械等领域。
焦炭钢铁
焦炭的一种固体燃料，质硬、多孔、发热量高，由煤高温干馏而成，多用于炼铁。 焦炭通常根据用途分为冶金焦炭(包括高炉焦炭、铸造焦炭、铁合金焦炭等)、气化焦炭、电石用焦炭等。
应用
针对17世纪至18世纪木炭资源短缺的实际情况，要求利用新的炭材资源——煤炭，几代人的先驱开始了煤炼铁的实验。
焦炭的生产在18世纪末有了很大的进步，蜂窝式焦炉取代了以前生产木炭式的窑，焦炭的质量得到了决定性的改善。
最初焦炭的使用仅限于生铁的生产，1783年H.Cort和P.Onions独立研究将生铁炼成焦炭钢，发明并应用了搅拌( Paddling )型炉。 这是用铁棒不断搅拌反射炉中熔融的铁水，使碳和其他杂质燃烧逃逸，使生铁变成完全柔软的钢锭的方法。
H.Cort将小块煅钢放入有槽轧机加工，得到了具有典型纤维状组织、耐腐蚀的优质锻钢。 这个发明使Cort成为了近代轧机之父。 另外，该方法提供的钢为液状，将钢水放入结晶器中即成为铸钢。 这将影响铁冶金工业的所有工序。
针对17世纪至18世纪木炭资源短缺的实际情况，要求利用新的炭材资源——煤炭，几代人的先驱开始了煤炼铁的实验。
产品类别
气化焦炭
是煤气制造专用的焦炭。 在主要用于固体排渣焦炭的固定床煤气发生炉内，作为气化原料生产以CO和H2为可燃成分的气体。
电石渣焦炭
电石使用焦炭是生产电石的电弧炉中导电体和发热体用的焦炭。 将电石渣按焦炭投入电弧炉，在电弧热和电阻热的高温( 1800-2200)下与石灰发生复杂的反应，生成熔融状态的碳化钙(电石渣)。
铁合金焦炭
铁合金焦炭是用于在矿热炉中冶炼铁合金的焦炭。 铁合金焦炭在矿热炉中作为固体还原剂参与还原反应，反应主要在炉中下部的高温区进行。 以铁合金冶炼为例，其反应式为SiO2(液) 2C (固)=Si (液) 2CO )气)，随着反应的进行，焦炭中的固定碳不断消耗，主要以CO形式从炉顶逸出。 焦炭粉末中的三氧化二铝Al2O3、氧化铁Fe2O3、氧化钙〔Cao〕、氧化镁〔MgO〕和五氧化二磷P2O5等的一部分或大部分被还原而进入合金中； 没有参加反应的部分进入炉渣。 焦炭中的硫和硅会生成硫化硅和二硫化硅并挥发。 冶炼不同品种铁合金时对焦炭的质量要求不同，硅铁合金生产时对焦炭的质量要求最高，因此可以满足硅铁合金生产的铁合金焦炭，一般可以满足其他铁合金生产的要求。
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石墨电极
石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料，以煤沥青为粘结剂，经焙烧、配料、混捏、压制、焙烧、石墨化、机械加工制成，在电弧炉中作为电弧释放电能加热熔化炉料的导体，其质量指标的高低
电炉炼钢用电极
电炉炼钢用电极不仅用于电弧，还用于炉外精炼的lf(ladlefurnace )。 当初的LF只是为了补偿钢脱氧时的温度降低而设置的。 LF有温度补偿，钢包中添加还原剂可以扩大钢种，改善钢种质量，提高合格率，也是实现连铸配合的必不可少的设备。
电极的使用环境
电弧炉中使用的炼钢用电极的作用是在铁屑和电极之间产生电弧。 炉内温度超过1500 ，弧端温度在3500以上，作为电极材料不仅要具有导电性，而且在高温下不熔融变形，保持一定的机械强度。 人造石墨电极满足上述条件，因此成为唯一的实用材料。
电极耗损分为正常连续耗损和异常不连续耗损，后者为脱落或折损耗损。
电极前端部因电弧局部加热的产生而受到较大的热应力，会发生结块。 另外，追加铁屑，再通电时的急冷急热、流过大电流时的电极内部的温度差、由此产生的径向应力和剪切应力会导致电极产生裂纹，在电极前端部的连接部经常发生脱落和折断。
从机械作用的观点出发，电极也在苛刻的条件下使用。 铁屑的崩溃对电极的冲击很大，经常会在电极带下的连杆接头的最大直径附近或孔底折断。
熔解末期是超过1500的高温，吹入氧气精炼或流入的空气使炉内成为氧化性气氛，在这种环境下电极侧部被连续消耗。
另外，电极端部因电弧热而升华，因与熔渣和钢水的接触而被侵蚀。
今后的方向
1990年以来，日本直流电弧炉发展迅速，100吨以上的大型炉相继投产。
交流电弧炉为了降低闪烁、增大有效功率、降低电极消耗，正在稳步向增加电抗器的电弧炉过渡。
在这样的背景下，日本国内通过实施了夜间操作的基本体制提高了生产率，各种各样的消费要求进一步降低。 这样，要求电极提高耐折损性和耐剥离性，抑制氧化。
抗氧化涂层石墨电极
表面涂有抗氧化保护层(石墨电极)抗氧化剂)的石墨电极。 形成耐受导电和高温氧化的保护层，降低炼钢时的电极消耗( 19(50 ) )，延长电极的寿命( 22 ) ) 60 )，降低电极的消耗电力。
石墨电极单位消耗量少，生产成本有一定的降低。
石墨电极能耗低，节约了单位炼钢能耗，节约了生产成本，实现了节能。
石墨电极更换次数少，减少了工人的劳动量和危险系数，提高了生产效率。
石墨电极是一种低耗低污染产品，在提倡节能减排环保的今天，具有十分重要的社会意义。
该技术在国内还处于研发阶段，部分国内厂商也已开始生产。 在日本等发达国家使用比较广泛。 目前，国内也出现了专门进口这种抗氧化保护涂层的公司。
产品类别
一般功率石墨电极
允许使用电流密度小于17a/cm2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、黄磷等常用电力电炉。
高功率石墨电极
允许电流密度为18~25a/cm2的石墨电极，主要用于炼钢用高功率电弧炉。
超高功率石墨电极
可以使用电流密度大于25a/cm2的石墨电极。 主要用于超高功率炼钢电弧炉。
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碳刷
碳刷( Carbon brush )又称电刷，作为折动触头广泛应用于许多电器中。 碳刷在产品中的应用材质主要为石墨、浸渍石墨、金属(含铜、银)石墨。 碳刷是在电机和发电机等旋转机械的固定部和旋转部之间传递能量和信号的装置，一般是在纯碳中加入凝固剂而制成。 外形一般是方形的，卡在金属支架上，内部有弹簧，将其压在旋转轴上。 电机旋转时，将电能通过变频器输送给线圈。 因为其主要成分是碳，所以被称为碳刷，容易磨损。 必须定期维护更换，清扫堆积的碳。
碳刷的功能
画笔，也称为画笔，形状如下：
(碳刷形状的概念图)
碳刷是指与电机和发电机的旋转部件整流器(换向器)接触、摩擦的同时发挥导电功能的碳素产品。 使用时的功能如下图所示。
(碳刷功能概念图)
组装方法是将碳刷放入电刷支架(电刷支架)，用弹簧按压，使碳刷和旋转的换向器接触。
在碳刷的刷体上安装铜制的导线。 用于电机时，电流通过导线通过碳刷导入摩擦接触的换向器表面。 用于发电机，与此相反，电流从换向器流向碳刷。
为了使碳刷和换向器保持稳定的摩擦接触，需要在铜制换向器接触面上生成稳定的氧化铜皮膜。 为此，需要在碳刷材质、弹簧压力、电流密度等方面寻求最佳条件。 另外，电机的运行环境(温度、湿度、环境、尘埃)以及电刷通过换向器片时换流作用产生的火花的大小也对氧化膜的产生状况有很大影响。
碳刷材料
碳刷起到与转子(滑环)之间的电流传导作用，需要良好的摩擦性能和导电性能。 初期的碳刷材质以石墨质为主，但现在开发了天然石墨质、人造石墨质、金属石墨质及树脂石墨质(石墨、金属与树脂的结合材质)等各种材质。 可以根据用途选择合适的材质。 人造石墨质碳刷主要适用于对换流性能要求高的用途； 金属石墨质碳刷适用于电流容量大的用途。
产品类别
金属石墨碳刷
这种碳刷的主要材料是电解铜和石墨。 根据需要也可能使用银粉(用于精密仪器，非常昂贵)、铝粉、石粉等其他金属，但这些碳刷中有些含有粘接剂，有些不含有粘接剂。 这种碳刷具有石墨的摩擦特性和金属的高导电性，因此适用于高负载和换流要求低的低电压电机(汽车起动电机等)。 其圆周速度为30米/秒以下。
碳刷
天然石墨是这类碳刷的主要原材料胶粘剂采用沥青或树脂，经烘烤或1000度烧结而成。 这种电机具有良好的润滑性能和集电性能。 电石墨主要成分为炭黑、焦炭、石墨等各种碳粉材料，常用于运行平稳的中小型直流电机和高速汽轮发电机集电环，这种碳刷具有优良的换流性和自润滑性能，广泛应用于各种交流直流电机
应用
东洋碳集团提供完整的系列，包括用于一般工业用途、吸尘器、汽车、家电、电动工具、供电、微型电机等的碳刷。
汽车电机用的碳刷如下图所示。
汽车装有很多电机，有些电机需要使用适合其性能的碳刷。 特别是近年来，从便利性和舒适性的观点出发，汽车中辅助系统的电机越来越多，一辆豪车所需的碳刷超过了100支。 汽车用电机的电源是由电池供电的12~24V的低电压，因此为了将电气损失抑制在最小限度，一般使用含有电阻率低的铜的金属石墨质碳刷。
一般工业
直流电机
电力机车
风力发电
电力供应
起重机
真空吸尘器
真空吸尘器
家电
洗衣机
电动工具
圆盘磨床
微型电机等
打印机
东洋碳集团为了实现应用于各种用途的碳刷的最佳性能而继续进行研究。 到目前为止，已经成功开发了一系列新产品，包括特殊涂层碳刷、带有切割装置的碳刷、汽车燃油泵碳刷和碳板。
汽车燃油泵碳刷和碳板
碳满足了汽车燃油泵换向器所需的许多条件。 东洋碳为换向器开发了最佳的碳刷材料和低磨损的碳板。 可以为满足使用条件提供理想的碳刷材料。
带切断装置的碳刷
在其寿命结束时，如果弹簧压力下降，碳刷倾向于通过换向产生更大的火花。 带切断装置的碳刷磨损时，迅速切断电流，减少换向器的损失。 东洋碳根据碳刷的类型和应用提供切割设计。
特殊涂层碳刷
这个碳刷表面被涂上了导电性金属薄膜。 涂层可以减少与电阻和温升有关的损耗，而不影响碳刷的寿命和换向性能。 这些碳刷用于小型高速真空吸尘器、电动工具电机等用途。
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活性炭
活性炭也称为活性炭黑。 是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的非晶质碳，也有排列规则的结晶性碳。 活性炭的主要成分除碳外还有氧、氢等元素。 活性炭除了碳以外，主要是氧和氢这种化学键合的元素，由于碳中没有完全碳化而残留下来，或者在活化过程中，外部的非碳元素与活性炭表面发生化学键合，被水蒸气活化时活性炭表面会被氧化或水蒸气氧化； 另一种配合物是灰分，是活性炭的无机部分； 灰分在活性炭中容易引起二次污染。
应用
石化行业：
无碱脱臭(精制脱硫醇) ——重催的精制装置； 乙烯脱盐水(精制填料) ——乙烯装置； 催化剂载体(钯、铂、铑等) ——苯乙烯、连续重整装置、水净化及污水处理——上水及污水深度处理。
电力行业：
电厂水质处理与保护——锅炉装置。
化工行业：
化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收，以及油脂等的脱色、精制。
食品行业：
饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色、精制、脱臭。
黄金行业：
提金——应用炭浆法、堆浸法提金工艺； 尾液回收——金矿的废弃物利用与环境保护。
环保行业：
用于污水处理、废气及有害气体的处理、气体净化。
相关行业：
卷烟滤嘴、木地板防潮、吸臭、抑制汽车汽油蒸发污染、生产各种浸渍液等，如活性炭可作为活性炭罐填料用于摩托车滤罐的汽车滤罐生产等。
活性炭早期的主要应用是煤粉在糖业中代替了原来的骨炭。 20世纪20年代第一次世界大战出现的粒子大量应用于防毒面具。 这是工业化学史的光辉一页。
历史性事件
在防毒面具应用的推动下，活性炭的历史进入了第二个阶段，活性炭市场不断扩大，活性炭的吸附和催化功能在许多行业的纯化、回收、合成中的应用不断开发，美国等地的活性炭工厂相继开设。 20世纪中叶持续扩大应用面的活性炭被认为是“万能吸附剂”。
1927年美国芝加哥的自来水厂发生了居民不能接受的自来水恶臭事故。 这是因为原水中的苯酚和消毒用的氯会生成异味。 德国等地的自来水厂也发生了同样的事故，这些事故正在用活性炭解决。
【碳材料发展史】新兴工业用炭Carbon in Modern Industries主要以等静压石墨、热解石墨、热解碳形式用作精密加热器、高强度结构、新型电池、核反应器等。
等静压石墨
等静压石墨是20世纪40年代发展起来的新型石墨材料，具有一系列优异的性能。 静压石墨耐热性优良，在惰性气氛下机械强度随温度的升高反而上升，在2500左右达到最高值； 与普通石墨相比，结构细腻致密，且均匀性好； 热膨胀系数低，具有优良耐热振动性能的各向同性、耐药性强，导热性能和导电性能良好； 具有优良的机械加工性能。 由于具有这一系列优良的性能，等压石墨不仅在民用领域，在国防前沿也占有重要地位，是一种新型材料，备受关注。 是制造单晶炉、金属连铸石墨模具、电火花加工用石墨电极等不可替代材料，制造火箭喷管、石墨炉减速材料和反射材料的绝佳材料。
应用
太阳能电池和半导体晶片用石墨
在太阳能、半导体行业，大量使用等压石墨，制造单晶直拉炉热场石墨部件、多晶硅熔炼炉用加热器、化合物半导体制造用加热器、坩埚等部件。 近年来，太阳能发电发展迅速，光伏产业中单晶硅和多晶硅的生产对石墨的需求量很大。 目前单晶、多晶硅产品正走向大型化、高端化，对等静压石墨也有更高的要求。 即更大的规格、更高的强度、更高的纯度。
冶金连铸用石墨模具
为了缩短生产流程，降低触底成本，提高质量，减少劳动强度和环境污染，20多年来金属材料生产逐渐向连铸方向发展。
静压石墨主要用于大型铜材生产线。 从1985年开始，我国从奥地利、法国、瑞士、日本等国家引进30多条生产线，国内自行设计制造的生产线已达到100多条，全部采用石墨模具。
电极石墨
电火花加工是当今模具行业的一场革命，它不仅简化了传统的技术手段，而且使异形模具的制造成为可能。 石墨无熔点，是电良导体，抗热震，是一种优良的电火花加工电极材料。 普通石墨材料是粗颗粒结构的低密度各向异性石墨，不能满足电火花加工的需要，而等静压石墨由于其各向同性，是制备放电石墨电极的理想材料。
单晶硅坩埚模具用石墨材料的制备
石英坩埚是直拉单晶硅的容器，为了制造石英坩埚，以石墨坩埚为成型材料。
气冷堆芯结构石墨材料
静压石墨具有中等力学性能，特别是优良的高温力学性能，导热系数大，线膨胀系数低。 在高温气冷堆中，主要用作反射剂、慢化剂以及活性区域的结构材料，与核燃料一起构成核燃料组件。 在400-1200温度下，受到高能射线和快中子辐射，时间长达数年，容易引起辐射损伤，改变石墨的结构和性质，要求材料石墨化度高，各向同性好，组成均匀，弹性模量低
核石墨与常规工程石墨的主要区别有两点：核纯和抗辐射损伤。 目前国内核石墨材料的研制还缺乏辐射试验环节，这是下一步研制中必须面对的过程，除辐射要求外，核石墨冷态下的质量要求是：规格大型化、质量稳定、热稳定性好、热膨胀系数低。 目前，我国只能生产少量的高温气冷堆反应用核石墨，主要依赖进口。
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热分解石墨
热解石墨是一种新型的碳材料，是在一定的炉压下，使高纯碳氢气在1800至2000的石墨基体上化学气相沉积而成的具有较高晶体取向的热解碳，高密度( 2.20g/cm )、高纯度(杂质含量) ( 0.0002% )和热在1800左右可以维持10mmHg的真空度。
应用
主要APP应用
石墨加热器、导流管、PBN/PG复合加热器、原子吸收管。
涂层产品的应用
在半导体行业，我们正在提升硅单晶导流管。
半导体石墨加热器涂层。
晶片退火工艺PBN/PG复合加热器涂层。
分析仪器用的原子吸收管热解石墨涂层。
电子束蒸镀铝坩埚。
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热解碳
热解碳和热解石墨是具有特殊结构和性能的气相生长碳。
热解碳按其特性可分为高密度致密热解碳、低密度疏热解碳、各向同性热解碳和各向异性热解碳。 其性能和结构取决于热分解温度。 在800至1000以下热分解的是热分解碳，在1400至2000以上进行处理的称为热分解石墨。 热解碳的性质、结构取决于其制备条件，其中沉积温度是关键。
从其反应机理来说，制备热解碳需要两个阶段。
1碳化过程发生，生成与焦炭分离的挥发物。
2生成的产物热分解为碳、水、气体。
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碳纤维
碳纤维( carbon fiber，简称CF ) )是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。 这是将片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向堆积，进行碳化及石墨化处理后的微晶石墨材料。 碳纤维“外柔内刚”，质轻于金属铝，但强度高于钢铁，且具有耐腐蚀、高模量的特性，是国防军工和民用方面的重要材料。 它不仅具有碳素材料的固有特性，而且兼具纺织纤维的柔软加工性，是新一代的强化纤维。
应用
碳纤维材料已经广泛应用于军事和民用工业的各个领域。 从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。 碳纤维增强复合材料可用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及火箭壳体、机动车、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等的制造。 球棒等运动领域。 碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。
复合材料
碳纤维复合材料因其具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、结构尺寸稳定性好、可设计性好、可大面积整体成型等特点，广泛应用于航空航天、国防军工和民用工业各领域。 碳纤维可以加工成织物、毡、片、带、纸及其他材料。 高性能碳纤维是制备先进复合材料最重要的增强材料。
土木建筑
碳纤维还可用于工业和民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固，大型桥式系统和隔声屏障在铁路建筑中未来将得到广泛应用，这些也将成为碳纤维的前景应用面。 另外，碳纤维为加固混凝土结构时，不需要增加螺栓和铆钉的固定，对原混凝土结构的干扰小，施工工艺简便。
产品类别
压力容器
压力容器由碳纤维复合材料制成，主要用于汽车压缩天然气罐，也用于消防员的固定式呼吸器。 CNG罐来自美国和欧洲国家，日本和其他亚洲国家也对这一应用表现出了极大的兴趣。
风力发电机叶片
世界风力发电机组的发电机额定功率越来越大，与之相适应的风扇叶片的尺寸也越来越大。 为了减少叶片的变形，轴承和叶片等主抗力部件的一部分采用了碳纤维来增强刚性。 我国“十五”期间风机装机总容量已经达到1。 5G瓦，因此碳纤维在风力发电机叶片上的应用前景良好。
碳纤维在风力、核能、太阳能等新能源领域也具有广阔的应用前景。 当风力发电机功率超过3MW、叶片长度超过40米时，传统玻璃纤维复合材料的性能已接近极限，需要采用碳纤维复合材料制造叶片。 只有碳纤维才能在减轻叶片重量的同时，满足强度和刚度的要求。
碳纤维布
碳纤维布又称碳纤维布、碳纤维布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材(预浸料)等。 碳纤维布是一种单向碳纤维制品，通常由12K碳纤维丝编织而成。 最轻的是1K碳布，中国的碳框自行车、三角架基本上使用3K碳布。 1K碳纤维管受碳素丝等级、树脂成分、碳布密度、成型压力温度等技术要求非常苛刻，1K碳布的价格是3K碳布的3倍。 厚度可以提供0.111mm(200g )和0.167 mm ( 300 g )两种。 碳纤维布强度高、密度小、厚度薄，几乎不增加加强部件的自重和截面尺寸。 碳纤维广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修复和抗震加固及节点的结构加固。
碳纤维复合材料抽油杆
数据显示，到2008年更新8%至10%或新增的抽油杆将被碳纤维复合材料抽油杆取代，需要碳纤维320至420t。 预计到2010年按15%的置换量计算，碳纤维消费量将达到624吨。
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膨胀石墨
作为一种新型功能碳材料，膨胀石墨( Expanded Graphite，简称EG )是天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的多孔蠕虫状物质。 EG除了具有天然石墨自身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能外，还具有天然石墨所不具备的柔软性、抗压反弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、抗辐射性等特性。
应用
环境保护领域
膨胀石墨具有疏水性和亲油性，可以在水中选择性地从非水性溶液如海上、河流、湖泊中去除浮油。
密封材料
膨胀石墨可在柔性石墨中用作后处理密封材料。
生物医学
膨胀石墨具有良好的生物相容性、无毒、无味、无副作用等特点，是一种非常重要的生物医学材料。
高能电池材料
在可对锌锰电池充电的锌阳极中添加膨胀石墨，可使锌阳极在充电时的极化变小，提高电极和电解液的导电性，抑制枝晶的形成，提供良好的成形特性，抑制阳极的溶解和变形，延长电池寿命。
相变蓄热材料
相变材料导热性能差，换热性能差，影响储存和释放效率。 同时复合相变材料中多孔介质孔隙率小，内含相变材料少，储能低，这些缺点限制了该材料的应用和发展。 膨胀石墨丰富的孔隙结构、高导热性能可以很好地弥补这些缺陷。
防火材料
国外已在机舱座位夹层中添加部分可膨胀石墨，制成防火封口、防火挡、防火圈等，一旦起火迅速膨胀，堵塞了火灾蔓延通道，达到灭火目的。 另外，将膨胀性石墨微粒加入普通涂料中，可以得到有效的阻燃抗静电涂料。
蔡晓霞等研究了聚磷酸铵( APP )与膨胀石墨( EG )的协同阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物( EVA )及其阻燃机理。 结果表明，APP和EG对EVA具有良好的协同阻燃效果。
产品类别
柔性石墨密封材料根据其用途，主要分为两类。 一种用于各种泵、阀门、反应釜的密封填料； 另一种是用于各种管道法兰的石墨垫圈。
密封填料
密封填料是将切成适当宽度和长度的膨胀石墨带缠绕在不同规格的模具上，用压力机直接成型而成，适用于各种截止阀、闸阀、调节阀、球阀、带阀等。
垫圈
通常可以分为用膨胀石墨颗粒直接冲压成形在模具上纯石墨垫片和用膨胀石墨板材直接冲压或切割的两种； 另一种是石墨缠绕垫，将金属带和膨胀石墨重叠缠绕，可以在高压下使用。
石墨盘根
石墨盘根是由棉纤维或石墨纤维与石墨卷箔交织而成的密封材料。 以棉纤维为芯的石墨盘根( SPM型)适用于压力12MPa、温度200以下的管道、阀门、泵等的密封，接触介质为河水、自来水、地下水、海水、油类等。 以石墨纤维为芯的石墨盘根( SPS型)适用于压力12MPa、温度350以下的管道、阀门、泵等的密封，接触介质除了能接触各种水、油类外，还能接触酸碱物质。
【碳材料发展史】未来碳碳材料主要以富勒烯、碳纳米管、石墨烯形式应用于通信、航天测控、生物医药等领域。
富勒烯
富勒烯( Fullerene )是发现有单质碳的第三种同素异形体。 由碳的一种元素组成，以球状、椭圆状或管状结构存在的物质，可称为富勒烯，富勒烯是指一种物质。 富勒烯与石墨结构相似，但石墨结构只有六元环，但富勒烯中可能存在五元环。 1985年Robert Curl等人制造了C60。 1989年，德国科学家Huffman和Kraetschmer的实验证实了C60的笼型结构，从此物理学家发现的富勒烯被科学界推向了一个新的研究阶段。 富勒烯的结构与建筑师Fuller的代表作相似，因此被称为富勒烯。
应用
工业
富勒烯是新发现的工业材质，其特性为：1.比金刚石硬2 .制动度(延性)比钢强100倍3 .导电性能比铜强，重量只有铜的六分之十四。 因为其成分是碳，所以可以从废弃物中精制。
在我们未来的生活中，“无金属电线”“富勒烯(非金属)钢筋建筑”“富勒烯防弹背心”“富勒烯汽车外壳”……
构想中的“东京湾金字塔城”也以富勒烯为主要建材，纳米背管(富勒烯分子可以无限延伸)背管的长度越长，其原子数就越多，所以背管的原子数不一定是C60 )。 而且后背管分子是碳原子自动组合而成的。
电、光、磁
C60自身的对称性决定了C60自身具有非线性光学性质。 作为一种新化合物，研究其电、磁、光等应用十分重要，实际上C60通过掺杂碱金属在一定条件下具有超导电性，其电荷转移复合物具有铁磁性，因此引起了人们的极大关注和关注。
物理性质的应用
润滑剂和磨料C60具有特殊的圆球形状，是所有分子中最圆的分子； 另外，C60的结构具有特殊的稳定性。 在分子水平上，每个C60分子都非常硬，因此C60可能成为高级润滑剂的核心材料。
CVD金刚石膜
富勒烯的另一个潜在应用是作为金刚石薄膜生长的均匀成核位置发挥重要作用。
金刚石薄膜作为装甲车表面的抗冲击覆盖层，在军事上有很多应用价值，如用于制造光学( x射线、粒子射线)窗口、半导体晶片、高硬度表面齿轮、金刚石-纤维合成材料、高温和防辐射电子元器件等。
高强度碳纤维
1991年，在日本电气的饭岛，发现了具有独特的几何结构和奇怪的导电性，同时具有高拉伸强度和高热稳定性的管状碳——膨胀管。 巴基管的这种特殊的电学和机械性能使其具有很大的应用价值。
高能碰撞粒子
C60可以获得或失去电子形成离子，带电缬草球可以用作物理碰撞的高能碰撞粒子。
在电化学中的应用
导光体
光导材料是复印机、传真机、激光打印机的基本部分，旧的光导材料使用硒作为感光剂，比较先进的有机光导聚合物已经代替了硒材料。 美国杜邦公司的研究人员发现，掺杂在C60 (可能是C60和C70的混合物)中的PVK聚合物是一种全新的高性能导电体，类似产品已经应用于电子照相技术。
超导材料
掺杂C60超导体的发现是超导领域的又一重大成就，该超导体具有较高的临界温度，掺杂C60超导体的临界温度不仅远高于所有有机分子超导体，而且大大高于以前发现的金属和合金超导体，热氧化物陶瓷
非线性光学元件
实验和理论研究表明，C60和C70等富勒烯都是良好的非线性光学材料，C60 /C70混合物( C70约为10% )的非线性光学系数约为1.110-9esu，C76还具有光偏振性。
C60薄膜具有较高的光学效率，这一性质对C60在激光通信和光学计算机中具有重要的潜在应用，有望在短时间内实现。
护肤用品
富勒烯对自由基有亲和力，具有极强的抗氧化能力，能活化皮肤细胞，起到预防皮肤衰亡的作用。 关于富勒烯的自由基清除效果，目前已发表了近3万篇论文，近3千项专利得到了认可。 因此，21世纪以来富勒烯开始作为化妆品的原料，具有抗皱、美白、预防衰老的优良价值，成为人们关注的前沿美容成分。
多元体研究
富勒烯衍生物与卟啉、二茂铁等富电子基团共价或非共价形成多价体，用于分子内能量、电荷转移、光能和电荷转移的研究。
有机太阳能电池
自1995年俞刚博士将富勒烯衍生物PCBM ( 6，6 )-phenyl-c61-butyricacidmethylester，简称PC61BM或pcbm )用于本体异质结有机太阳能电池以来，有机太阳能电池发展迅速
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碳纳米管
1991年日本NEC公司的实验室专家饭岛( Iijima )发现了由管状同轴纳米管构成的碳分子碳纳米管。 碳纳米管具有典型的层状空心结构特征，构成碳纳米管的片间有一定角度的碳纳米管的管身为准圆管结构，大多由五边形截面组成。 管路由六角形碳环微结构单元组成，端盖部分为五边形含碳环多边形结构，或称多边形锥形多壁结构。 是一种具有特殊结构的一维量子材料，径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，管道两端基本封口。
分类
碳纳米管根据石墨烯片层数分类，可以是单壁碳纳米管( Single-walled nanotubes，SWNTs )和多壁碳纳米管( Multi-walled nanotubes， MWNTs )，与开始形成时层与层之间成为陷阱中心、容易捕获各种缺陷的多壁管相比，单壁管由单层圆柱型石墨层构成，直径大小分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀性。
应用前景
碳纳米管可以实现存储器微细化
碳纳米管本身具有轻质中空的结构，作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度高于液体或固体氢气的密度。 如果适当加热，氢气可以缓慢释放。 打算使用碳纳米管制作轻量的便携式储氢容器。
碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管就起到了模具的作用，首先用金属等物质填满碳纳米管，腐蚀碳层，制造出最细纳米尺度的导线和全新的一维材料
利用碳纳米管的性质可以制备许多性能优异的复合材料。 例如，用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良，导电性好，耐腐蚀，能屏蔽电波。 以水泥为基体的碳纳米管复合材料抗冲击性强，抗静电、耐磨、稳定性高，不易对环境造成影响。
碳纳米管为物理学家提供了研究毛细管现象机理的最细毛细管，为化学家提供了进行纳米化学反应的最细试管。 利用碳纳米管上极小的粒子改变碳纳米管在电流中的振荡频率，1999年，巴西和美国的科学家发明了精度10-17kg的“纳米秤”，可以称量单个病毒的质量。 随后，德国科学家研制出了称量单个原子的“纳米秤”。
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石墨烯
石墨烯( Graphene )是一种二元碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯的总称。 它诞生于2004年，发现者英国曼彻斯特大学安德烈-海姆教授获得了2010年诺贝尔物理学奖。
分类
单层石墨烯。
是指由苯环结构，即六角形蜂窝结构中周期性紧密堆积的碳原子组成的二维碳材料。
双石墨烯( Bilayeror double-layer graphene ) )。
指由苯环结构(即六角形蜂窝结构)周期性紧密堆积的两个碳原子采用不同的堆积方式(包括AB堆积、AA堆积、AA )“堆积”等)堆积而成的二维碳材料。
石墨烯( Few-layer )少层
指由苯环结构(六角形蜂窝结构)下3-10层周期性紧密堆积的碳原子采用不同的层叠方式(包括ABC层叠、ABA层叠等)层叠而成的二维碳材料。
多层或多层石墨烯) )。
是指由厚度为10层以上10nm以下的苯环结构(即六角形蜂窝结构)周期性紧密堆积的碳原子采用不同的堆积方式(包括ABC堆积、ABA堆积等)堆积而成的二维碳材料。
主要APP应用
随着量产化和大型化等难题的突破，石墨烯产业化应用的步伐正在加快，在已有研究成果的基础上，最先实现商业化应用的领域可能是移动设备、航空航天、新能源电池领域。
柔性屏幕在消费电子展上备受关注，已成为未来移动设备显示屏的发展趋势。 灵活性表明未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯的前景也备受期待。
新能源电池也是石墨烯最初商用化的一大重要领域。 表面带有石墨烯纳米层的柔性太阳能电池板可以大幅降低制造透明可变形太阳能电池的成本，有可能应用于夜视仪和照相机等小型数字设备。 另外，成功开发出了超级石墨烯电池，也解决了新能源汽车电池容量不足和充电时间长的问题。
由于其高导电性、高强度、超薄等特性，石墨烯在航天军事领域的应用优势也极为显著。
参考：东方碳
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