炭素制品的發(fā)展史和概況

炭素制品的發(fā)展史和概況炭素的發(fā)展概況

人類(lèi)對(duì)炭的利用是與人類(lèi)的進(jìn)化發(fā)展同步的，遠(yuǎn)古時(shí)代人類(lèi)發(fā)現(xiàn)和利用火就開(kāi)始使用炭（木）丁。在我國(guó)、《前漢地理志》就有記載“豫章郡出石可燃為薪，稱為石炭（即煤）；史記《四九竇太后傳》中有記述挖煤說(shuō)明當(dāng)時(shí)就已利用煤作為燃料了，木炭與煤在陶器、銅器時(shí)代就已廣泛應(yīng)用了。作為炭素制品，明代宋應(yīng)星著的《天工開(kāi)物》（1637年）已記載用炭（石墨）與黏土制作坩堝，這就是初級(jí)炭素制品。

有資料將炭的應(yīng)用劃分為如下幾個(gè)階段:木炭時(shí)代（~1712年）、煤炭時(shí)代（1713~1866年）、炭素制品的搖籃時(shí)代（1867~1895年）、炭素制品的工業(yè)化時(shí)代（1896~1945年）、炭素制品的發(fā)展時(shí)代（1946~1985年、新型炭時(shí)代（1986~）。這種劃分基本上概括了炭素的發(fā)展進(jìn)程，但在時(shí)間上不一定確切如煤的應(yīng)用，我國(guó)在1713年之前很久就應(yīng)用了，并已制作出炭（石墨）黏土坩堝。

公元1713年，A. Derby發(fā)明了用煤生產(chǎn)焦炭開(kāi)始利用冶金焦煉鐵，炭作為工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用才真正開(kāi)始。

1800年，英國(guó)科學(xué)家戴維（H.Davy）用木炭片作為弧光電極，接著將木炭壓碎與煤焦油混合、成型、再經(jīng)焙燒而成為最初的炭電極。

1842年，R. Bunsen采用木炭與甑炭經(jīng)煅燒后粉碎、篩分、按比例將炭骨料粉末與黏結(jié)劑混合，再利用模具壓制成型，然后將壓制坯用焦粉覆蓋好隔絕空氣，緩慢加熱焙燒，焙燒后通過(guò)機(jī)械加工而制成炭電極，這就是現(xiàn)代炭素制品的雛形?，F(xiàn)在的常規(guī)炭素制品的生產(chǎn)工藝中基本上保留了這種生產(chǎn)方法。此后，致密的電極、煉鐵高爐用天然石墨內(nèi)襯炭板等相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)。1867年，w. Siemens發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著電氣時(shí)代的到來(lái)，也使炭素制品被廣泛開(kāi)發(fā)，如弧光炭電極、煉鋼電極、電解食鹽炭陽(yáng)極、電機(jī)用電刷等初級(jí)炭素制品。

1886年， Heroult和C.hall發(fā)明了電解鋁，生產(chǎn)中使用了陽(yáng)極糊和炭陽(yáng)極，此后，在黃磷、硅鐵、碳化鈣（電石）生產(chǎn)中都使用了炭陽(yáng)極。

1896年，艾其遜（E.g. Acheson）研制出人造石墨電極，使炭素制品從炭質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭|(zhì)，炭素制品進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代。此后，受電弓炭滑板、電解用石墨板、石墨電刷、不透性石墨相繼制成。特別是1942年費(fèi)米（E. Fermi）成了原子能反應(yīng)堆用的高純核石墨。20世紀(jì)40年代以后，隨著工業(yè)的大發(fā)展，新技術(shù)新工藝的不斷涌現(xiàn)，使炭素制品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新用途不斷出現(xiàn)，因而促使開(kāi)發(fā)出許多炭素新材料、新產(chǎn)品新炭材料如炭纖維及其復(fù)合材料，核石墨、熱解石墨、玻璃炭、不透性石墨、多孔炭等。新產(chǎn)品如冶金機(jī)械用石墨模具、煉鐵、高爐及其他冶煉爐用炭磚、石墨熱交換器、石墨軸承與密封環(huán)、高溫爐發(fā)熱體與舟皿、VHP電極燃料電池雙極板、電火花加工電極、火箭石墨鼻錐與喉襯等。特別是 Mesophase Carbon小球體、富勒烯（Fullerren）C（1985年）及碳納米管（1991年）、石墨烯（2004年）等的發(fā)現(xiàn)，使炭素材料進(jìn)入新型炭時(shí)代。