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据国外媒体报道，美国哥伦比亚大学的一支物理学研究小组日前宣布，大量
的试验结果显示，发现于2004年的石墨烯是现在世界上已知的最为牢固的材料。科学家们已将这一研究成果发表在了新近出版的《科学》（Science）
杂志上。
石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄
膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。它是2004年由曼彻斯特大学的科斯提亚•诺沃谢夫和安德烈•盖姆小组首先发现的。
哥伦比亚大学
的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些之间在10—20微米的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯
样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测
试它们的承受能力。
研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。据科
学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）
石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
哥伦比亚大
学的物理学家们还强调，除了异常的牢固之外，石墨烯还具有奇特一系列独一无二的特性。据悉，石墨烯还是目前已知的导电性能最出色的材料，这使其在微电子领
域极具应用潜力。有专家指出，如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度。（来源：网易探索 伊万）
 
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FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan
S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
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быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
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для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для
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美国科学家在新一期英国《自然—物理学》（Nature
Physics）杂志上报告说，他们借助先进的光学设备，第一次发现了纯碳物质——石墨烯的一些内部特性，这将有助于进一步认识这种可作为新型
材料的物质。
科学家在4年前发现了石墨烯这种纯碳物质，其结构形式是以单层的碳原子排列在蜂巢结构的晶格中。由于传统的光谱学分析几乎无
法研究这种极薄的“碳膜”，因此自发现这种物质后，科学家对它的光学和电子特性一直知之甚少。
来自美国加州大学圣迭戈分校等机构的科学家
介绍说，正常情况下，红外线和可见光能够帮助科学家发现物质的许多电子特性。但对于厚度只有一个碳原子大小的石墨烯来说，其薄层可吸收的光极少，因此很难
根据石墨烯对光的吸收情况来了解它的电子特性。
要想研究石墨烯，就必须使用非常强的光源。科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的
“先进光源（ALS）”电子同步加速器。这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上X射线强度的1亿倍。科学家利用这一强光源观测发现，石墨烯中的电子不仅
与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。
研究小组在报告中说，从光学角度来说，石墨烯是一种“透明”的导
体，可以用来替代现在的液晶显示材料。目前的液晶显示器利用的是以铟为基础的金属氧化物薄膜，而铟这种金属十分稀有，预计在未来十年内就可能出现供应短
缺。另外，与目前电脑、手机等电子产品的重要原材料硅相比，石墨烯也具有诸多优势，因此它将来有望取代硅，在电子产品生产中得到广泛应用。（来源：新华网
张忠霞）
 
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只有一原子厚的石墨烯薄片一直很难制备。美国布鲁克海文国家实验室最近
找到了一种生产高质量石墨烯薄片的方法。研究结果刊登于近期出版的《自然—物理学》（Nature Physics）杂志上。
以
前的石墨烯薄片制造方法各有缺陷。最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。另一种获取的方法取向附生法则是利用生长基质的原子
结构“种”出石墨烯，但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。
布鲁克海文的新技术基
于上述第二种方法。他们使用的基质是稀有金属钌。一开始，研究者让碳原子在1150℃下渗入钌。冷却到－850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表
面。镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面。最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌强烈
反应，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电连接。这第二层保留了石墨烯固有的电子结构，表现令人满意。
石墨烯材料是电子业的希望之
星，也是最近几年科学研究的热点。比如它的载流子迁移率高，电子可相当自由地移动其中；还可与单个气体分子反应，这让它适于充当感受器的探测材料。（来
源：科技日报 高博）
 
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目前，锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如
焦炭等）、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下性
能：
（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；
（2）在基体中大量的锂能够发生
可逆插入和脱插以得到高容量密度，即可逆的x值尽可能大；
（3）在插入/脱插过程中，锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样尽
可能大；
（4）氧化还原电位随 x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电；
（5）插入化合物应
有较好的电导率和离子电导率，这样可减少极化并能进行大电流充放电；
（6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的 SEI
膜；
（7）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成 SEI 膜后不与电解质等发生反应；
（8）锂离子在主体材料中有较
大的扩散系数，便于快速充放电；
（9）从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染。
一 、碳负极材料
碳负极锂离子
电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经
发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可
以按化学计量 LiC6 进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由 LiC6 的理论值 372mAh/g 提高到
700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。
目前，已研究开发的锂离子电池负极材料主要有：石墨、石油焦、碳纤
维、热解炭、中间相沥青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有应用价值。
石墨类碳材料的插锂特性是：
（1）
插锂电位低且平坦，可为锂离子电池提供高的、平稳的工作电压。大部分插锂容量分布在 0.00~0.20V 之间(vs.
Li+/Li)；（2）插锂容量高，LiC6的理论容量为 372mAh.g-1;（3）与有机溶剂相容能力差，易发生溶剂共插入，降低插锂性能。
石
油焦类碳材料的插、脱锂的特性是：
（1）起始插锂过程没有明显的电位平台出现；（2）插层化合物
LixC6的组成中，x=0.5左右，插锂容量与热处理温度和表面状态有关；（3）与溶剂相容性、循环性能好。
根据石墨化程度，一般碳负极材料分
成石墨、软碳、硬碳。
1、石墨
石墨材料导电性好，结晶度较高具有良好的层状结构，适合锂的嵌入-脱嵌，形成锂-石墨层间化合物，充放电容
量可达 300mAh.g-1以上，充放电效率在 90%以上，不可逆容量低于 50mAh.g-1。锂在石墨中脱嵌反应在 0~0.25V
左右，具有良好的充放电平台，可与提供锂源的正极材料钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等匹配，组成的电池平均输出电压高，是目前锂离子电池应用最多的负极材料。石
墨包括人工石墨和天然石墨两大类。
（1）人工石墨
人工石墨是将易石墨化炭（如沥青焦炭）在 N2 气氛中于
1900~2800℃经高温石墨化处理制得。常见人工石墨有中间相碳微球（MCMB）和石墨纤维。
    
MCMB是高度有序的层面堆积结构，可由煤焦油（沥青）或石油渣油制得。在700℃以下热解炭化处理时，锂的嵌入容量可达
600mAh.g-1以上，但不可逆容量较高。在1000℃以上热处理时，MCMB石墨化程度提高，可逆容量增大。通常石墨化温度控制在
2800℃以上，可逆容量可达 300mAh.g-1，不可逆容量小于 10%。
气相沉积石墨纤维是一种管状中空结构，具有
320mAh.g-1以上的放电比容量和 93%的首次充放电效率，可大电流放电，循环寿命长，但制备工艺复杂，成本较高。
（2）天然石墨
天
然石墨是一种较好的负极材料，其理论容量为372Amh/g, 形成LiC6
的结构，可逆容量、充放电效率和工作电压都较高。石墨材料有明显的充、放电平台，且放电平台对锂电压很低，电池输出电压高。天然石墨有无定形石墨和磷片石
墨两种。无定形石墨纯度低。可逆比容量仅260mAh.g-1,不可逆比容量在100mAh.g-1以上。磷片石墨可逆比容量仅
300~350mAh.g-1,不可逆比容量低于50mAh.g-1以上。天然石墨由于结构完整，嵌锂位置多，所以容量较高，是非常理想的锂离子电池负极
材料。其主要的缺点是对电解质敏感、大电流充放电性能差。在放电的过程中，在负极表面由于电解质或有机溶剂化学反应会形成一层固体电解质界面（Solid
Electrolyte Interface, SEI）膜,
另外锂离子插入和脱插的过程中，造成石墨片层体积膨胀和收缩，也容易造成石墨粉化，所以天然石墨的不可逆容量较高，循环寿命有待进一步提高。
（3）
改性石墨
通过石墨改性，如在石墨表面氧化、包覆聚合物热解炭，形成具有核-壳结构的复合石墨，可以改善石墨的充放电性能和循环性能。
通过
石墨表面氧化，可以降低 Li/LiC6
电池的不可逆容量，提高电池的循环寿命，可逆容量可以达到446mAh.g-1(Li1.2C6),石墨材料的氧化剂可选择
HNO3,O3,H2O2,NO+,NO2+等。石墨氟化可在高温下用氟蒸气与石墨直接反应，得到(CF)n和(C2F)n，也可以在
Lewis酸（如HF）存在时，于 100℃进行氟化得到 CxFn。碳材料经氧化或氟化处理后的容量都会有所提高。
（4）石墨化碳纤维
气
相生长碳纤维 VGCF是以碳氢化合物为原料制备的负极材料，在 2800℃处理的 VGCF容量高，结构稳定。
中间相沥青碳纤维
（MCF）。3000℃处理的 MCF，其中心肯有层状组织的辐射状晶体结构，与石焦油一样属乱层石墨结构，它具有高的比容量和库仑效率。
碳纤维
的结构不同，嵌锂性能也不同，其中具有经向结构的碳纤维的充放电性能最好，同心结构的碳纤维易发生与溶剂分子共嵌入现象。因此，石墨化的沥青基碳纤维的性
能优于天然鳞状石墨。
石墨在达到最大嵌锂限度（即LiC6）时的体积只增加
10%左右。因此，石墨在反复嵌入-脱出锂过程中能保持电极尺寸稳定，使碳电极有良好的循环性能。石墨也存在一些不足，如对电解液选择性强，只能在某些电
解液中才有良好的电极性能；耐过充过放电性能差，Li+在石墨中扩散系数小，不利于快速充放电等。
因此有必要对石墨改性，现已合成中间相碳微球
（MCMB）、无定形碳（有机物热碳）、包覆石墨等，它们的充放电性能较石墨有显著的改善。
2、软碳
软碳即易石墨化碳，是指在
2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度（即石墨化度）低，晶粒尺寸小，晶面间距较大，与电解液的相容性好，但首次充放电的不可逆容量较
高，输出电压较低，无明显的充放电平台电位。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。
3、硬碳
硬碳是指难石墨化碳，
是高分子聚合物的热解碳。这类碳在 2500℃以上的高温也难以石墨化，常见的硬碳有树脂碳（酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇
PFA-C等）、有机聚合物热解碳（PVA、PVC、PVDF、PAN等）、碳黑（乙炔黑）。
硬碳的偖锂容量很大（500~1000mAh.g-1）,但它们也有明显的缺点，如首次充、放电效率低，无明显的充放电平台以及因含杂质原子 H
而引起的很大的电位滞后等。
二、非碳负极材料料
1、氮化物
锂过渡金属氮化物具有很好的离子导电性、电
子导电性和化学稳定性，用作锂离子电池负极材料，其放电电压通常在 1.0V
以上。电极的放电比容量、循环性能和充、放电曲线的平稳性因材料的种类不同而存在很大差异。如 Li3FeN2用作LIB负极时，放电容量为
150mAh/g、放电电位在 1.3V(vs Li/Li+)附近，充、放电曲线非常平坦，无放电滞后，但容量有明显衰减。Li3-xCoxN具有
900mAh/g的高放电容量，放电电位在
1.0V左右，但充、放电曲线不太平稳，有明显的电位滞后和容量衰减。目前来看，这类材料要达到实际应用，还需要进一步深入研究。
氮化
物体系属反萤石(CaF2)或Li3N结构的化合物，具有良好的离子导电性，电极电位接近金属锂，可用作锂离子电极的负极。
反萤石结构
的Li-M-N(M为过渡金属)化合物如Li7MnN4和Li3FeN2可用陶瓷法合成。即将过渡金属氧化物和锂氮化物（MxNx+Li3N）在
1%H2+99%N2气氛中直接反应，也可以通过 Li3N与金属粉末反应。Li7MnN4和 Li3FeN2都有良好的可逆性和高的比容量（分别为
210和150mAh.g-1）。Li7MnN4在充放电过程中，过渡金属价态发生变化来保持电中性，该材料比容量比较低，约
200mAh/g，但循环性能良好，充放电电压平坦，没有不可逆容量，特别是这种材料作为锂离子电池负极时，可以采用不能提供锂源的正极材料与其匹配用于
电池。
Li3-xCoxN属于 Li3N结构锂过渡金属氮化物（其通式为 Li3-xMxN，M 为
Co、Ni、Cu），该材料比容量高，可达到
900mAh/g，没有不可逆容量，充放电电压平均为0.6V左右，同时也能够与不能提供锂源的正极材料匹配组成电池，目前这种材料嵌锂、脱锂的机理及其
充放电性能还有待进一步研究。
2、锡基负极材料
(1) 锡氧化物
锡的氧化物包括氧化亚锡、氧化锡
和其混合物，都具有一定的可逆偖锂能力，偖锂能力比石墨材料高，可达
500mAh/g以上，但首次不可逆容量也较大。SnO/SnO2用作负极具有比容量高、放电电位比较低(在 0.4~0.6V vs
Li/Li+附近)的优点。但其首次不可逆容量损失大、容量衰减较快，放电电位曲线不太平稳。SnO/SnO2因制备方法不同电化学性能有很大不同。如低
压化学气相沉积法制备的SnO2可逆容量为 500mAh/g以上，而且循环寿命比较理想，100
次循环以后也没有衰减。而SnO以及采用溶胶-凝胶法经简单加热制备的 SnO2 的循环性能都不理想。
在SnO(SnO2)中引入一
些非金属、金属氧化物，如B、Al、Ge、Ti、Mn、Fe等并进行热处理，可以得到无定型的复合氧化物称为非晶态锡基复合氧化物(Amorphous
Tin-based Composite Oxide 简称为 ATCO), 其可逆容量可达600mAh/g以上 ，体积比容量大于
2200mAh/cm3 ， 是 目 前 碳 材 料 负
极（500~1200mAh/cm3）的二倍以上，显示出应用前景。该材料目前的问题是首次不可逆容量较高，充放电循环性能也有待进一步改进。
(2)
锡复合氧化物
用于锂离子电池负极的锡基复合氧化物的制备方法是：将SnO,B2O3,P2O5按一定化学计量比混合，于1000℃下
通氧烧结，快速冷凝形成非晶态化合物，其化合物的组成可表示为 SnBxPyOz
(x=0.4~0.6,y=0.6~0.4,z=(2+3x-5y)/2), 其中锡是
Sn2+。与锡的氧化物(SnO/SnO2)相比锡基复合氧化物的循环寿命有了很大的提高，但仍然很难达到产业化标准。
(3) 锡合金
某些金属如
Sn、Si、Al等金属嵌入锂时，将会形成含锂量很高的锂-金属合金。如Sn的理论容量为990mAh/cm3，接近石墨的理论体积比容量的 10
倍。为了降低电极的不可逆容量，又能保持负极结构的稳定，可以采用锡合金作锂离子电极负极，其组成为：25%Sn2Fe+75%SnFe3C。Sn2Fe
为活性颗粒，它可以与金属锂形成合金，SnFe3C为非活性颗粒，它可在电极循环过程中保持电极的基本骨架。这种锡合金的体积比容量是石墨材料的两倍。用
25%Sn2Fe+75%SnFe3C 构成的电极可以获得 1600mAh.g-1的可逆容量，表现出良好的循环性能。
合金负极材
料的主要问题首次效率较低及循环稳定性问题，必须解决负极材料在反复充放电过程中的体积效应造成电极结构破坏。单纯的金属材料负极循环性能很差，安全性也
不好。采用合金负极与其他柔性材料复合有望解决这些问题。
3、锂钛复合氧化物
用来作锂离子电池负极的锂钛复合氧化物
主要是 Li4Ti5O12,其制备方法主要有：高温固相合成法、溶胶-凝胶法等。
（1）高温固相合成法
按一定计量
的 TiO2,LiCO3混匀研磨，在空气气氛下于 1000℃保温 26h 冷至室温即得 Li4Ti5O12。
将TiO2,
LiOH.H2O混匀研磨，在空气气氛下于 700℃保温 24h 后冷却至室温
得目标产品。
（2）溶胶-凝胶法
LiOH
钛酸四丁酯 水 冰醋酸 无水乙醇
混合
溶
胶
烘干
凝胶
热处理 产物
4、纳米碳管
纳米碳管是近年来发现的
一种新型碳晶体材料，它是一种直径几纳米至几十纳米，长度为几十纳米至几十微米的中空管，其性能如下：
纳碳米管的电性能
比
表面积/m2
首次充电容量
首次放电容量
不可逆容量
首次充电效率
（mAh.g-
1）
（mAh.g-1）
（mAh.g-1）
%
170.4
1049
223.1
825.9
21.2
纳米管的制备有直流电弧法和催化热解法。
催化热法是将
20%H2+80%CH4混合气体在Ni+Al2O3的催化剂颗粒上于500℃热解，将热解的样品研磨后，加入热硝酸（80℃）浸泡 48h
以除去碳管中的催化剂，用水反复洗涤过滤，直至洗涤液的 PH=6，过滤后的样品于 160℃烘干。
直流电弧法是以高纯石墨棒为电极，在
氩气保护下，在密闭电弧炉中，通过打电弧，所得产物为含有 C60系列产品的纳米碳管。通过化学氧化法可分离出纳米碳管。
纳米负极材料
主要是希望利用材料的纳米特性,减少充放电过程中体积膨胀和收缩对结构的影响,从而改进循环性能。实际应用表明:纳米特性的有效利用可改进这些负极材料的
循环性能,然而离实际应用还有一段距离。关键原因是纳米粒子随循环的进行而逐渐发生结合,从而又失去了纳米粒子特有的性能,导致结构被破坏,可逆容量发生
衰减。此外，纳米材料的高成本也成为限制其应用的一大障碍。
总之，在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，
一直是负极材料的主要类型。除石墨化中间相碳微球（MCMB）、低端人造石墨占据小部分市场份额外，改性天然石墨正在取得越来越多的市场占有率。非碳负极
材料具有很高的体积能量密度，越来越引起引起科研工作者兴趣，但是也存在着循环稳定性差，不可逆容量较大，以及材料制备成本较高等缺点，至今未能实现产业
化。负极材料的发展趋势是以提高容量和循环稳定性为目标，通过各种方法将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以研究开发新型可适用的高容量、非碳复合负极
材料。
 
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提起鑽石，人們就會聯想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴价格，大多數人只能望而卻步。儘管如此，人們對鑽石還是
很嚮往的。
　　你知道鑽石是什麼嗎？它的化學成分是碳(C)，天然的鑽石是由金剛石經過琢磨後才能稱之謂“鑽石”。天然的鑽石是非常稀少的，世
界上重量大於1000克拉(１克=５克拉)的鑽石只有２粒，400克拉以上的鑽石只有多粒，我國迄今為止發現的最大的金剛石重158.786克拉，這就是
“常林鑽石”。物以稀為貴，正因為可做“鑽石“用的天然金剛石很
罕見，人們就想“人造“金剛石來代替它，這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。
　　金剛石和石墨的化學成分都是碳(C)，科學家們
稱之為“同質多像變體”，也有人稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的
物質，而石墨卻是最軟的物質之一。大家都知道鉛筆芯就是用石墨粉和粘土配比而製成的，石墨粉多則軟，用“B“表示，粘土摻多了則硬，用“H”表示。礦物學
家用摩氏硬度來表示相對硬度，金剛石為10，而石墨的摩氏硬度只有１。它們的硬度差別那麼大，關鍵在於它們的內部結構有很大的差異。
　　石墨內
部的碳原子呈層狀排列，一個碳原子周圍只有3個碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的環狀，無限多的六邊形組成了一層。層與層之間聯繫力非常弱，而層內三
個碳原子聯繫很牢，因此受力後層間就很容易滑動，這就是石墨很軟能寫字的原因。
　　金剛石內部的碳原子呈“骨架”狀三維空間排列，一個碳原子周
圍有4個碳原子相連，因此在三維空間形成了一個骨架狀，這種結構在各個方向聯繫力均勻，聯結力很強，因此使金剛石具有高硬度的特性。
　　石墨和
金剛石的硬度差別如此之大，但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石，因為自然界中石墨(碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列
的碳，不是那麼容易的。十八世紀後期，人們就開始尋找合成的途徑，直至本世紀中葉。1938年學者羅西尼通過熱力學計算，奠定了合成金剛石的理論基礎，算
出要使石墨變成金剛石，至少要在15000個大氣壓、攝氏1500度的高溫條件下才可以，到50-60年代建成了能達到上述條件的儀器裝置。石墨在5-6
萬大氣壓（（5-6）#215;103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑，可使石墨轉變成金剛石。
　　
目前世界上已有十幾個國家（包括我國）均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細，主要用途是做磨料，用於切削和地質、石油的鑽井用的鑽頭。當前，世界
金剛石的消費中，80%的人造金剛石主要是用於工業，它的產量也遠遠超過天然金剛石的產量。
　　最初合成的金剛石顆粒呈黑色，0.5mm大小，
重約0.1克拉（用於寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）。現在我國研製的大顆粒金剛石達3mm以上，美國、日本等已製成
6.1克拉多的金剛石。我們說金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應于市場。
 
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電火花加工領域中的眾多使用者在應用石墨電極材料時仍然存在諸多疑慮。
一方面由於長期使用傳統銅材使得使用者具有心理上對其具有習慣性和依賴性，另一方面則是由於他們對銑床或電火花加工的實際應用經驗不足。
在
上個世紀60年代，銅作為電極材料被廣泛使用，使用率約占90%，石墨僅占10%左右。但是今天，這種狀況已經發生了變化，在歐洲，超過
90%的電極材料是石墨。銅，這種曾經占統治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優勢幾乎消失殆盡。是什麼導致了這個戲劇性的變化？近幾年的EDM工業可
以證明：這種變化歸功於石墨電極的諸多優勢。
本文將解釋電火花加工過程中使用石墨材料可能會遇到的一些問題，我們希望通過本文可以解除
您對石墨材料的疑惑。
1 石墨材料有危險？
電火花加工所用的石墨是人工合成產品而非天然石墨，合成石墨必須經過一個
漫長的高科技生產流程而製造成形，沒有輻射！。根據產品的規格不同，生成流程一般為四到七個月不等。在生產過程中，石墨要在高達3000攝氏度的高溫下進
行加工。如此高的溫度使絕大部分的雜質都揮發了，從而使石墨的純淨度高達99.99%(100ppm)。這就意味著，一百萬件產品中只有一百件存在雜質，
而這些雜質又被分解為各種元素，很難被覓到蹤跡。一些特殊應用所需要的石墨純淨度甚至可以小於5ppm。由此，在產品製造和模具製造中很少有完全採用純天
然原料生產的情況。
對於操作銑床的員工來說，在粉塵環境下工作確實是一種危險。如果這種極小粉塵被吸入肺內，會對呼吸道造成傷害，因
此，機器的密閉性就非常重要。如今用來進行石墨加工的高速銑床都配有密封裝置與粉塵收集器，這些都是機床的標準配置，只要維護得當，根本不用擔心粉塵給人
帶來的傷害。
2 加工時肋片會斷裂？
據有關測試，發現如果用不正確或不合理的切削方法、切削參數以及不適於石墨加工
的刀具，經常會造成肋片斷裂。
從加工工藝的角度來說，石墨無法與銅相比較，因為它完全採用了不同的加工工藝。比如，每刀的進給量越大，
刀具磨損則越小。另外，與金屬材料加工截然相反的是，在石墨加工中，隨著切削速度的提高，刀具的磨損反而明顯減小。
這種情況下，我們主
要使用鑽石或金剛石塗層的刀具。在使用的同時，人們也需要注意許多與金屬材料加工截然不同的規則。通常情況下，企業在引進諸如軟體、機器控制系統以及自動
化系統等每一項新工藝的時候，一般都會對員工進行培訓。但唯有將銅加工方法轉換成石墨加工的時候，企業很少為他們提供培訓的機會。因此，很多用石墨代替銅
材料進行電火花加工的廠家，這種早期嘗試從開始時便已夭折。
3 花更多時間學習應用？
通常對新事物的接受都需要時
間。對於如何看待較新的石墨材料這個話題人們必須換一種方法去思考，並有可能還需要重新設計加工過程中的一些流程工藝來配合。但更為重要的一點是，採取這
些措施卻可以給我們帶來巨大的成本節省空間，同時也能大大縮短模具製作週期——採用石墨電極的電火花加工效率是銅的
2-3倍，而切削效率更是銅的3-5倍。
從全球市場來看，如果有人在今天仍然能夠繼續以20年前的歐洲生產方式運作，且在與亞洲和東歐
的競爭中成功獲得一席之地的話，那他的產品一定非常具有獨到之處。否則，再不改善舊的生產工藝的情況下必然會為他人所趕超。石墨正是這樣一種能夠使得人們
想要快速降低成本的願望成為可能的極佳的電極材料。
許多用戶採用了石墨材料之後將電極的數量減少了一大半。這會產生什麼樣的結果呢？
?電極裝夾所需的電極夾具大大減少。
?需要安裝的電極數目減少。
?只需要進行少量的零位設定。
?
電極的測量工作量大大減少。
?用來製作電極的材料數量大大減少。
?切削週期顯著縮短，相應的也減少了電極損耗。使用
銅電極時，一個型腔要多隻電極，如果換成石墨的話，則可以將以前的多個電極結合為一個電極。這樣，電極所能通過的電流加大，既提高了加工效率，也減少了電
極損耗。
?切削速度明顯高於銅材料
4 銅材料比石墨材料更省錢？
這種籠統的說法沒有事實根據，這
是因為人們往往忽略了二者計量方式不同的這一事實。銅材是以公斤為計量單位，而石墨材料通常以體積進行計算。在換算的過程中，人們還應該考慮電極材料各種
密度的情況。由於近期國際市場上銅的價格已經急劇上漲到每公斤60元左右（2005年初銅價僅為每公斤30元上下），石墨材料本身的價格已相對低於銅材，
並且銅是不可再生資源，價格只會越來越貴。如果，現在有人要買1立方分米（約9公斤）的銅，那麼他就得付約
540元。以這樣的價格，人們卻已能獲得比較高品質的石墨產品，普通牌號的石墨售價甚至更為低廉。在成本優化的計算中石墨和銅材的價格固然是一個要素，但
效率和產品品質更為重要，前文中所提到的石墨材料所具有的特性以及在應用中能夠發揮的作用才是關鍵，具體情況在後文中還會提到。
5
儲存或運輸中石墨易發生肋片斷裂？
這一說法肯定是正確的，但這種現象就一定是一種不足嗎？如果肋片電極在運輸過程中由於不當處理而發生
斷裂，人們會立即發現這一情況並且馬上知曉電極發生了損傷。而如果用的是銅材，肋片在受到不當處理後則會彎曲。人們是否能夠馬上發現這一缺陷這一點非常值
得懷疑。如果沒有及時發現而人們又繼續用這根電極進行放電加工的話，型腔或工件的損壞就不可避免了。
如果一根石墨電極發生肋片斷裂，那
麼人們可以根據具體情況決定是否重新銑一根新的電極。在電極價格較高時也可以接上（粘上）一段石墨，然後將這一段重新銑削，並利用斷裂的一段重新製造成一
根單電極。
6 加工表面品質能達到銅材所達到標準？
幾年前，人們還可能認為用石墨加工的零件表面品質只能達到
VDI18。但是，現在情況已經表明，石墨材料加工的工件表面品質可以達到VDI12
或者更高的等級。當然，這一標準並不是針對所有石墨材料，或是採用傳統的EDM機床的情況，比如粗制石墨或者常規石墨也無法達到這一標準。要獲得這樣的表
面品質，各種生產條件必須與石墨材料達到最佳的契合狀態。在這種情況下，電極的尺寸、工藝以及石墨種類的選擇都是關鍵因素，將起到決定性的作用。不過，重
要點在於，採用石墨材料可以達到很細的表面品質。
許多EDM設備的製造商和石墨材料的生產商都已經做了很多努力。現今，他們能夠為客戶
提供石墨加工特定的加工設備和加工參數。而且，石墨生產商們也憑藉著他們更為細化的石墨品牌來滿足客戶的需求。
然而，最重要的因素還在
於人們必須有針對地選擇設備生產商和石墨製造商。小題大做的情況經常會出現，比如有些客戶為了進行樣品加工會選出最複雜的部件，然後去設備生產商那裏進行
測試加工。事實上這類部件在客戶產品的種類中最多占1％。如果設備和工藝都以此為標準的話，那麼毫無疑問會出現一個問題：99％的其他常規加工該怎麼辦？
因此，通常選用的設備應以滿足95％的產品種類為宜。其餘的產品種類可以委託其他擅長特種加工的企業代做，或是選用一根多次使用的電
極。對於這種情況，我們也可以採取延長放電時間，或者在必要情況下應用銅電極的方法。
7 石墨可採用與銅材一樣的下偏差？
理
論上，這個回答是肯定的。但是，我們並不建議採用。由於銅具有的特定熱性能所以通常可以選擇下偏差。石墨能夠承受更高的能量，因此宜採用更大的下偏差。相
對損耗也因此明顯減弱。由於人們能夠用石墨銑削出極小的肋片，相應的，選用較大下偏差的可能也得以實現。
8 石墨進行追加工損耗加大？
這可能是個問題。但是，客戶也經常會提到，經過放電後，這個“安全尺寸”仍然能夠滿足客戶的要求。通常，石墨材料發生損耗增加的現象往
往發生在加工小電極的情況下；並且人們還會習慣性地在追加工之後，直接對材料進行修補作業。事實上這種做法是錯誤的。放電加工後，還要經過一道拋光工序，
而這道工序一般不需要花費很長時間。
需要注意的還有這樣一個問題：如果零件總是存在0.01至0.02毫米的餘量，我們是否可以在編程
時加入電極補償量，這樣就可以一次加工到位，而不需要追加工。
9 線切割加工石墨比銅材慢？
這個觀點在是正確的，因
為石墨的熔點比銅高的多，所以它更難被加工。但是要注意的是，大多數相關行業——如石墨生產商、設備生產商和生產線製造商早就開始解決這個問題。人們可以
利用最新的設備（如鐳射加工，高壓水刀）加工出合格的產品。如果一定使用線切割加工，我們原則上建議客戶採用細顆粒的石墨產品，並且大幅度地降低沖水壓
力，特別是對於薄筋電極。與粗顆粒產品或常規產品相比，細顆粒的石墨產品線上切割時能夠提供更高的工藝安全性和進給速度。
但從實際情況
來看，現在究竟還有多少石墨電極需要通過線切割機床加工呢？許多電極都可以使用高速銑床的第4-5軸來加工。如果實在沒有其他的辦法，那麼人們也可以採用
銅電極，前文說過，即使在模具工業很發達的歐洲，石墨的使用率也不是100%，任何一種事物都有優缺點。
10 結論
除
了上述各項優點外，石墨還具備下列優勢：
?加工性能好（以遵循操作規則為前提）。
?熱穩定性高（不會發生熱變形）。
?重量輕（針對加工設備）
?不用去毛刺（對於自動化系統這點必不可少）。
?延展係數低（溫差變化
小）。
?能夠針對各種加工情況提供最佳的選擇（粗顆粒和細顆粒石墨）
?市場上還能提供即可使用的電極（即，石墨產品
已經經過加工，可以立即應用於電火花加工）。
同許多新型科技的發展一樣，使用石墨材料是一個不斷學習和優化的過程。關鍵在於，要給相關
的員工提供參與培訓的機會，以便發揮他們的潛能。
面對激烈的國際競爭，企業只有不斷優化流程與創新工藝才能獲得生存。如今，石墨產品已經具備了相應的大環境。市場上不僅已經出現了用於粗顆粒、細顆粒的具
備良好品質的石墨產品以及與石墨產品完美匹配的新切削設備，除此之外，石墨用的專業銑削刀具也同樣唾手可得。
 
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摘要：从定性分析和定量计算两个层次讨论了石墨转化金刚石的反应条件，
并简要介绍了碳的相图和金刚石的人工合成。
　　关键词：金刚石；石墨；转化条件
　　文章编
号：1005－6629(2009)05－0003－04中图分类号：G633.8
文献标识码：B
　　以石墨为原料人工合成金刚石需要在高温高压（1500 ℃、6.0×109 Pa）条件下进行，对于这一转化条件虽然在大学教材中不乏有运用热力学理论的定量计算[1～2]，
且大多局限于讨论常温下压强的影响。随着以物质结构为中心的有关理论和以化学热力学为基础的有关理论引入高中化学教材之中，石墨和金刚石作为具有典型结构的晶体也被选入其中
[3]。本文从定性分析和定量计算两个层次讨论石墨变为金刚石的转化条件，其中定性分析立足于高中化学课程的知识程度[4],
适合于中学作为化学反应原理的应用案例；而定量计算则是在定性分析的基础上，从大学知识的角度进一步论证和延伸。
　　1 压强的影响
　
　1.1定性分析
　　C（石墨）→C（金刚石） (1)
　　我们知道石墨的密度小于金刚石的密度，即石墨的摩尔体积Vm（石墨）大于
金刚石的摩尔体积Vm（金刚石）。根据化学平衡移动原理（即Le
Chatelier原理）可知，增大压强有利于平衡向体积减小的方向移动，即有利于反应（1）正向进行。
　　应当指出的是，在高中化学教材中，
运用化学平衡移动原理讨论压强对平衡移动的影响时，考虑到固态或液态物质受压强的影响小，往往忽略不计。但是当压强变化很大时，这种影响不容忽略，石墨转
化金刚石就是一例。这也正是石墨转化金刚石为什么需要很大压强的原因（从以下的定量计算可以看出）。
　　1.2定量计算
　　2温度的
影响
　　2.1定性分析
　　关于温度对反应的影响，在中学教学中
常出现这样的分析：查表得到反应(1)在25 ℃、101 kPa时的焓变为ΔrHm (298 K)=1895
J·mol-1，即石墨转化金刚石是吸热反应，根据化学平衡移动原理可知，升高温度有利于反应正向进行，故选择高温。然而这一结论并不正确。其原因是化学
平衡移动原理仅适用于判断处于化学平衡状态时反应移动的方向，而在25 ℃、101 kPa时，石墨和金刚石两者不是处于平衡态。
　　在学习晶
体结构知识的基础上，温度对平衡的影响可以通过以下方法解决：石墨与金刚石的结构示意图如图1所示。从结构上看，石墨的碳原子呈
sp2杂化，晶体是层状结构；而金刚石的碳原子呈sp3杂化，晶体是四面体状结构。因此就两者晶体结构的有序性而论，金刚石高于石墨，而混乱度则是石墨高
于金刚石，即石墨转化金刚石是ΔS熵变减小的过程。
　　当石墨转化金刚石处于平衡状态时，则
　　ΔG=ΔH-TΔS=0
　
　ΔH=TΔS<0
　　即平衡时为放热反应，故升高温度对合成金刚石不利。
　　上述判断方法也说明，升高温度有利于平衡向着混
乱度增大的方向移动。既然升高温度对合成金刚石不利，那么为什么还选择高温条件，这是基于动力学因素的考虑。因为在常温下反应速率很慢，实际上根本无法实
现两种晶型之间的转变。
　　2.2定量计算
　　首先通过计算说明上述利用ΔrHm (298
K)判断平衡移动的方向为什么不对。查表得石墨和金刚石的等压摩尔热容分别为Cp,m(石墨)= 8.644 J·K-1·mol-1,
Cp,m(金刚石)=6.063 J·K-1·mol-1。根据基尔霍夫（Kirchhoff）定律，得
　　此计算结果表明
，虽然石墨转化金刚石在25 ℃、101 kPa时为吸热反应，但是随着温度的升高， 反应的焓变ΔrHm 将逐渐减小，当温度升至759
℃时，反应的焓变发生逆转，变为放热反应，因此升高温度对生成金刚石不利。
从热力学角度分析，升温对生成金刚石不利的原因是
　
　即石墨的热容大于金刚石的热容，从而导致反应的焓变ΔrHm随着温度的升高而减小。至于石墨的热容为何大于金刚石的热容，正是由两者的晶体结构所决定
的，石墨晶体中的每个碳原子均剩余一个未参加sp2杂化的p轨道，其中一个未成对的p电子，同层中这种碳原子中的p电子形成一个大π键，这些离域电子可以
在整个碳原子平面层中活动，所以石墨具有良好的导热性质。而金刚石晶体中C—C键很强，所有价电子又都参与了共价键的形成，使晶体中没有自由电子，所以金
刚石的导热性质较差。
　　由于升高温度有利于使石墨转化金刚石的反应逆向进行，因此在高温下合成金刚石时，压强还需进一步增加（大于
1.51×106 kPa），可作如下计算：
　　由此式可以算出，当反应温度为1500 ℃（1773 K）时， 压强为p=4.03×109
Pa。从理论上讲，在1500 ℃温度下，反应的压强不低于4.03×106 kPa时, 才能使反应(1)正向进行。
　　3碳的相图
　
　为了全面了解石墨与金刚石的转化，将实验测量与理论计算相结合所得到的碳的相图[5]示于图2中。图中O点是金刚石、石墨、液态碳平衡共存的三相
点，OB线和OC线分别为石墨和金刚石的熔点随压强变化的曲线，也称为熔点线，而OA线为石墨和金刚石两种晶体平衡共存时，压强随温度变化的曲线，也即方
程（2）所描述的曲线，它表明温度升高的同时，若维持两相平衡，压强必然随之增加。
　　4金刚石的人工合成
　　从图2中可以看出，在
常温常压下，石墨为稳定相，金刚石为介稳态相，若从石墨转化金刚石必须使温度和压强处于AOC区域。
　　由于金刚石的特殊性能和用途，人们很早
就曾尝试人工合成。19世纪末法国著名化学家莫瓦
桑（H.
Moissan）曾两次宣称已将石墨转化成金刚石，这一消息令穷人欣喜，富人沮丧，然而由于他们所实施的反应压强太低，实际上根本无法将石墨转化成金刚
石。直到1954年，霍尔等人以熔融的FeS作溶剂，在高温高压下首次实现石墨转化成人造金刚石。
　　现在工业上合成金刚石一
般采用静态加压法，将石墨片和催化剂（如镍铬铁合金）材料片隔层装入叶蜡石柱体圆孔中，然后将它放在六面顶压机上施加高温高压。反应结束后，用高氯酸消除
石墨，用电解法或酸消除催化剂，用熔融的氢氧化钠除去硅酸盐，得到粒度不同的人造金刚石晶粒。
　　关于石墨转化金刚石的机理，通常有两种观点，
一种观点是认为石墨溶解在金属催化剂中成为单个碳原子，然而在冷却时结晶生成金刚石。另外一种观点则认为石墨的C—C键不发生断裂而在催化剂作用下按一定
方向位移直接转化成金刚石晶体结构。
　　20世纪80年代，人们发现利用甲烷热解所产生的碳原子，可以沉积在加热的表面上形成混有石墨的金刚石
微晶。然而，人工合成宝石级的金刚石仍是一个人类尚未解决的难题。
　　参考文献：
　　[1]北京师范大学等.
无机化学(上册)第四版[M]. 北京：高等教育出版社，2002: 235～236.
　　[2]傅献彩等. 物理化学(上册)第五版[M].
北京：高等教育出版社，2005: 365～366.
　　[3]吴国庆. 普通高中课程标准实验教科书. 物质结构与性质（选修3）[M].
北京：人民教育出版社，2004: 71～74.
　　[4]宋心琦. 普通高中课程标准实验教科书. 化学反应原理（选修4）[M].
北京：人民教育出版社，2007: 25～38.
　　[5]朱传征等. 物理化学（第二版）[M]. 北京：科学出版社，2008: 208.
 
歡迎來到Bewise Inc.的世
界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com /
FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan
S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
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cutting tool、hss
drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition
Diamond )’PCBN
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弊社の製品の供給調達機能は：
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の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
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Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
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Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
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BW специализируется в
научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
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инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для
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BW is specialized in
R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech
coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space
and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS
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sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com 
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最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）张广宇研
究组与高鸿钧研究组、王恩哥研究组合作，利用自制的远程电感耦合等离子体系统，首次成功实现了石墨烯的可控各向异性刻蚀。这种基于石墨烯的各向异性刻蚀技
术是我国科学家在该研究领域中独具特色的工作，相关结果发表在【Advanced Materials (2010)】，并得到了审稿人的高度评价。
   
石墨烯(graphene)，是继富勒烯、碳纳米管之后被科学家们发现的又一种新的碳元素结构形态。作为一种室温下稳定存在的二维量子体系，石墨烯打破了
凝聚态物理的理论，推翻了人们以前普遍接受的严格的二维晶体无法在有限的温度下存在的科学预言，对凝聚态物理的发展产生了重大的影响。不仅如此，石墨烯表
现出来的一系列独特的电学输运特性、光学耦合和其他新奇的物理特性，以及利于剪裁加工的二维特性，使其在分子电子学、微纳米器件、超高速计算机芯片、高转
换效率电池、固态气敏传感器、太赫兹学等领域可能有重要的应用前景。
   
然而，由于石墨烯的导带与价带之间没有能隙，做成晶体管器件时，很难实现开关特性，而且若要运用于现在普遍使用的逻辑电路，其金属性也是一个巨大的难题。
如何在石墨烯中引入能隙，成为人们关注的热点问题，这也为石墨烯的制备提出了新的挑战。一般引入能隙的手段主要有：(1)
利用对称性破缺场或相互作用等使朗道能级发生劈裂，在导带与价带之间引入能隙。这主要通过掺杂、外加电场、化学势场等方式在双层石墨烯中引入对称破缺，实
现人工调制能隙。(2) 利用量子限域效应和边缘效应，通过形成石墨烯纳米结构(如
nanoribbons纳米带)引入能隙，通过调节带宽，可以实现对带隙宽度的调节。(3)
利用化学气相沉积法掺杂(如B、N等)产生能隙，通过调节掺杂程度可实现对能隙的调节。(4)利用基底作用诱导(如SiC基底上的外延石墨烯)产生能隙，
通过调节基底的作用程度可实现对能隙的调节。此前，张广宇研究组与高鸿钧研究组和陈小龙研究组合作，利用拉曼光谱学的手段，系统地研究了外延石墨烯与碳化
硅基底之间的电荷转移机制，为未来这类样品制作电子学器件提供了技术参考依据。相关结果发表在【J. Appl. Phys. 107, 034305,
(2010)】。
   
基于已有的实验结果，大家一致认为这四种方法中最可行、最具应用价值的当属石墨烯的纳米结构。目前，石墨烯纳米结构的制备技术和电学性能的研究都有飞速的
发展，但要实现大规模集成石墨烯纳米结构器件的应用，如何利用现有的微纳加工技术获得边缘可控的石墨烯纳米结构是亟待解决的难题。虽然国际上已有少数研究
组利用金属粒子催化加氢反应或利用SiO2衬底与石墨烯的选择性反应来实现石墨烯选择性的各向异性刻蚀，但这些方法的刻蚀速率不可控，刻蚀取向不确定，且
无法与传统的微纳加工技术兼容，从而无法实现石墨烯纳米结构器件的集成加工。
   
张广宇等人此次实现的这种基于氢等离子体的干法刻蚀技术受等离子体强度和样品温度的调控，刻蚀速率可以精确控制在几个nm/min，且不会引入新的缺陷。
由于石墨烯特殊的六角对称性，这种方法可以得到近原子级规则的Zigzag边缘结构。他们还利用这种干法刻蚀技术结合电子束光刻技术首次实现了对石墨烯纳
米结构的精确加工和剪裁。这种技术的优势在于可以对石墨烯结构进行原子级尺度加工和对于石墨烯质量的保持性。这种可以沿固定晶向，得到固定的边缘结构的加
工剪裁石墨烯的技术是传统技术所无法实现的，为未来大规模精确控制、加工具有确定晶向和边缘结构的石墨烯纳米结构奠定了技术基础。
   
这项工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金和“973”项目的支持。
图1新鲜解理的石墨（a）表面光滑台阶清晰可见，不同功率。（b）50W和
（c）100W氢等离子体刻蚀过的石墨表面，显示出了形状规则的正六边形孔。（d）刻蚀速率随温度的变化关系。（e）刻蚀速率随时间的变化关系，证明刻蚀
速率可精确稳定的控制在几纳米/分钟。
图2
同样的各向异性刻蚀效应在机械剥离的石墨烯中也如此。氢等离子体刻蚀过的单层（a）、两层（b）及多层（c）石墨烯，正六边形孔洞清晰的形成于缺陷
处。（d）单层及两层石墨烯刻蚀速率随温度的变化关系。（e）拉曼光谱表征，几乎看不到代表缺陷态的拉曼D峰，证明石墨烯的晶体质量并没有被温和的氢等离
子体破坏。
图3
氢等离子体刻蚀出的单层正六边形孔洞边缘的扫描隧道显微镜成像（a）恒流模式高度像，（b）原子分辨像，（c）二维傅里叶变换图，显示出刻蚀得到的近原子
级规则的边缘与zigzag取向<2-1-10>平行，且在边缘处观察到了驻波。（d）对应的结构示意图。
图4
利用电子束曝光与各向异性刻蚀方法相结合制备具有特定取向的sub-20nm石墨烯纳米带的流程图（a）。具体过程如图（b）电子束曝光和氧等离子体刻蚀
得到的起始宽度为120nm的石墨烯条带，经过氢等离子体各向异性刻蚀之后细化到sub-20nm的石墨烯纳米带如图（c）。（d）石墨烯纳米带场效应晶
体管器件的结构示意图，石墨烯为接触电极，（e）不同宽度的石墨烯纳米带的器件，（f）对应的转移特性曲线，证明8nm宽石墨烯纳米带在室温下实现2个数
量级的开关比。
 
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◇ 天然石墨及其加工
我国富有资源，无论鳞片石墨还是微晶石
墨，上苍都特别垂青中华大地。
鳞片与微晶，成矿机理不同，理化性能有异，相应用途有所不同。例如制造柔性石墨只能用鳞片石墨，而用于锂离子电池
负极则微晶石墨为优。
不加工不成材。
目前我国石墨资源的加工，主要还只是一般的选矿、粉碎、提纯、分级，深加工的比例不高。现有深加
工一类是国内外已开发的以天然石墨为主产品，如柔性石墨、石墨乳等，在国际市场中份额与资源不成比例；一类是在（外国）客户的不明用途的需求下加工的不同
纯度的微细粉，属于初步深加工，外商进一步加工后得到高效益，相当多的再返销，比如碱性电池正极材料。
◇
深加工要有目标，即用途（用户），有了用途才有技术指标及深加工技术（工艺）。
目标（用途）大致两类，一类是以天然石墨为主体材料的产品，如下
述的柔性石墨的新发展及正在研制的锂离子电池负极材料。另一类是发展中的新材料的石墨添加剂，主要是对高分子材料。
深加工的技术方向，大致是：
纯度，通常是高的纯度要求，如电池用石墨。
粒度，往往是要微细粉，但柔性石墨要大鳞片。形状，指单个微粉颗粒的形状，要求低比表面积
的（如锂离子电池负极）希望近球状，要求高比表面积的（如某些添加剂）就不希望球状。
表面状态，有的要求石墨加工时就具有一定表面状态，如电池
材料。有些则只能在用户使用时对表面处理，如高分子的添加剂，相应会对形状等有要求。
对以石墨为主体原料的材料还有加工技术、新材料的开发等。
下面就几则具体用途讨论深加工问题。
◇ 柔性石墨的新发展
○
高档柔性石墨密封材料：核用（低硫、无硫、高纯），缓蚀，注射填料等（八五攻关成果）。主要在可膨胀石墨的制造技术一发展了一些新技术。
○
高分子、纤维复合柔性石墨密封材料，新材料，前景很好，国内还未见批量生产报导。比柔性石墨成本、价格大大降低。主要在复合及成型技术上。
○
燃料电池柔性石墨双极板，UCAR十年柔性石墨年产增加十倍的根据，其用量超过密封用柔性石墨。主要是解决其强度、导电性、不透性技术及成型技术上。
○
柔性石墨换热器，代替人造石墨换热器。主要成型技术。
○ 膨胀石墨吸附材料，环保、医药。主要为成型技术。
○
柔性石墨新发展对石墨原料加工技术要求：提高大片率的技术；降低粒粒度制造可膨胀石墨的新技术。
◇ 电池用石墨微粉
○
碱性电池正极材料：国内电池产量200亿只左右，大部分一次电池，碱性电池比例国外达到一个新的水平40-60%，国内蒙古20%以下。以石墨代替碳黑，
大大提高电化学性状，增大电池容量，国内需求数千吨，国际数万吨。提高提高纯度技术，微粉技术，杂质控制技术。
○
锂离子电池负极材料：国内产量亿只，国际上十亿只左右，发展迅速。负极材料需求目前~5000吨，几年内将成倍。用天然石墨替代MCMB等人工石墨，性能
相当，成本大大下降。提纯技术，微粉技术，微粉整形技术，正确处理技术。
◇ 高分子材料添加剂石墨微粉
聚丙烯结构件、换热器，添加石
墨量子数20-40%，正在推广中，聚丙烯年产数十万吨。
导电塑料，新发展材料，防静电，抗电磁干扰。
石
墨微粉技术，整形及表面处理技术。
◇ 军工用石墨材料，主要隐身材料，对石墨原料的纯度及粒度相关技术。(end)
 
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（４）航空エ
ンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（６）ダイヤモンド・エンド・ミ
ル
（７）医療用品エ
ンド・ミル設計
（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
（２）ミクロ・エ
ンド・ミル～大型エンド・ミル供給
（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
（４）オートメーション整備調達
（５）スポット対応～流れ生産対応
弊社
の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise
Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini
Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в
научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и
электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид /
быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы,
фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм
для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для
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BW is specialized in
R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech
coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space
and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS
end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter,
shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill,
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sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com 
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针状焦是炭素材料中大力发展的一个优质品种，其外观为银灰色、有金属光
泽的多孔固体，其结构具有明显流动纹理，孔大而少且略呈椭圆形，颗粒有较大的长宽比，有如纤维状或针状的纹理走向，摸之有润滑感，是生产超高功率电极、特
种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料。根据生产原料的不同，针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种。以石油渣油为原料生产的针状焦为油
系针状焦；以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系针状焦。
　　针状焦是制造高功率和超高功率电极的优质材料，用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化
性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。目前生产的针状焦根据使用的原料可分为石油系和煤系两类。石油系以美国为代表，煤系则以日本为代表。日本的
三菱化成和新日化公司的生产装置于20世纪70年代末和80年代初投产。美国大湖炭素公司却在1950年首先开发成功。1964年美国联合碳化物公司成功
地以针状焦为原料制造出超高功率电极。据最新统计，国内高功率和超高功率电极的需求量为6～10万t/a，相应的针状焦需要量为6～12万t/a。目前，
因进口的针状焦数量有限，锦州石化公司的产量也只有3万t/a。因此国内超高功率电极的产量只好由针状焦的数量来决定。
煤系针状焦的生产
工艺技术主要有如下4种。
　　（1）真空蒸馏法。1971年美国LCI公司首先提出用真空分离法从煤焦油沥青内分离出针状焦，并申请了
美国专利，核心技术是通过真空蒸馏切取适合生产针状焦的原料，工艺较简单，且针状焦的收率低。
　　（2）溶剂萃取法。1981年LCI
公司用溶剂处理方法除去沥青中的喹啉不溶物（QI）成分的方法申请了美国专利。即先用助聚剂液体使QI凝聚，凝聚体在重力沉降器内被分离。该处理技术类似
于日本新日化公司用煤焦油沥青生产针状焦的工业化装置。溶剂处理技术所得针状焦的收率高，质量好，但工艺较复杂，投资也较高。
　　
（3）M－L法。
1985年LCI公司和日本Mardzen石油化学公司的M-L工艺申请了美国专利，该工艺是把特殊的原料预处理技术和独特的两段延迟焦系统结合起来，是
第一套以煤焦油沥青为原料的针状焦生产装置。生产的针状焦质量最好，但也存在收率较低、工艺复杂和投资高的问题。
　　（4）闪蒸—缩聚
法。1985年鞍山焦耐院、鞍山钢铁大学和石家庄焦化厂共同开发了闪蒸-缩聚工艺，并申请了中国专利。该法是将混合原料油送到特定的闪蒸塔内，在一定温度
和真空下闪蒸出闪蒸油，闪蒸油进入缩聚釜进行聚合得到缩聚沥青。此工艺收率适中，工艺简单。国内鞍山沿海化肥厂曾投入工业化试验，但由于工艺不够完善，因
此也就停顿下来。国内，煤系针状焦的主要质量指标是参照了日本新日化公司的标准。即真比重≥2.13、灰分≤0.1%、挥发分≤0.5%、硫分
≤0.5%、热膨胀系数CTE 1×10-6/℃和水分≤0.2%。
　　目前，宝山钢铁股份公司化工分公司正在进行中试，且针状焦质量
已达到与日本新日化和三菱的相当。鞍山热能研究院也在进行中试并取得了较大进展。山西朔州三元碳素股份有限公司的小试报告也已通过了山西省科
技厅的鉴定。山西宏特煤化工有限公司已投入工业化试生产，虽然CTE未完全达标，但已有近3000吨的产品供兰州炭素厂及南通炭素厂作为生产400的高功
率电极的原料。
针状焦是
制造高级石墨电极的
主要原料。 其按原料不同分为油系和煤系
两种。以石油重油为
原料生产的针状焦为油系，以煤焦油沥青及
其馏分为原料生产的针状焦为煤系。两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。
   
美国在50年代后期首先掌握了石油系针状焦的生产技术。由于石油加工趋向催化裂化等轻质化深加工方向发展，致使油系针状焦原料减少。加之70年代两次石油
危机，更使人们感到原料供应的不稳定。于是，70年代以来，日本、德国等国家均致力于开发煤系针状焦技术。1979年，日本煤系针状焦实现工业化
生产,使油系和煤系针状焦市场共存。国内针状焦技术开发工作启步较晚。近年，随着国内电炉炼钢工
业的发展和电极生
产技术的进步，针状焦需求量逐年增加，针状焦生产技术也有了较大进展。90年代中期煤系针状焦和石油系针状焦工业化装置先后建成并投入生产。沿海化工煤
系针状焦采用鞍山焦化耐火材料设
计研
究院专利技术。装置始建于1992年4月，1994年6月完成装置建设转入试车及以原专利技术为基础的工业化技术研究。历经生产试车、装置改造、
技术改进等过程，1998年煤系针状焦工业化突破了工艺顺行关，实现了连续生产,产品用于制造高级石墨电
极。
‧規格：
    真密度：〉2.10/cm3。
    水分：〈0.1%。
    灰分：〈0.05%。
   
硫含量：〈0.3%。
    氮含量：〈0.6%。
    熱膨脹係數：〈0.6% X 10-6/℃。
‧性能及用途 ：
針狀焦碳粉末為構成煉鋼用石墨電極棒之主要材料，不僅熱膨脹係數要低，密度、導電率要高，在石墨化過程還要不易鼓起。在高功率煉
鋼業電爐，電極棒需要具備高耐熱衝擊性質，所使用之針狀焦碳粉末膨脹係數更要低。
 
歡
迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製
造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成
功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS
DIN切削刀具、協
助客戶設計刀具流程、DIN
or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀
具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生
刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭
迎您親自體驗！！
BW
Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office
No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com /
FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan
S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW
tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting
tools. We focus on what you need and endeavor to research the best
cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve
wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic,
machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would
like to solve every problem from you. Please feel free to contact us,
its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace
cutting tool、hss
drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition
Diamond )’PCBN
(Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end
mills、CVD Diamond
Tools Inserts’PCD
Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD .
POWDER FORMING MACHINE
‘Single Crystal
Diamond ‘Metric
end mills、Miniature
end mills、Специальные
режущие инструменты ‘Пустотелое сверло
‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’
PCD (Polycrystalline
diamond) ‘Frese’POWDER
FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in
grooving floors’V-Cut
PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’
PCD Diamond Tool’
Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould
cutter、Tool manufacturer.
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よ
うこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の
世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
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我們在玩一些賽車遊戲時    可以看到我們自己所使用的車子引擎蓋
可
以換成一種黑色的材質的引擎蓋
一般暱稱為 " 卡夢 "  Carbon   碳纖維
不管在遊戲中的"功效"
有沒有用  但在現實中
這" 卡夢" 可是高價的改裝逸品
因為碳纖維的重量輕  而且容易散熱
在很多
需要長時間高溫下運作或環境中的零配件(如引擎室週邊 , 剎車系統等 )
更能發揮出這種材質的功效
再者
在
賽車場或一般跑車最錙銖必較的 " 車重 "   也能藉由一些交換性零件來減少
車子本身的重量 ( 如我們最常看到的 引擎蓋 )
其
實碳纖維也是算 FRP( 強化纖維 )  因為它也是一種混合式纖維
只不過它叫 CFRP  ( Carbon Fiber
Reinforced Plastice )
碳纖維強化高分子材料  又名  碳素纖維強化樹指
製作碳纖維的原料到目前有大約三
種
聚丙烯  /  瀝青 / 嫘(音:雷)縈
提煉的方法都是以高溫加壓而成   製程方式大同小異
在這
是以聚丙烯來做說明
聚丙烯是一種化學原料
將聚丙烯纖維化後  就是我們所知道的煤炭
再加上環氧樹指   
送進機器裡以常溫加壓加熱   不斷重復同樣步驟後
碳纖維成品就完成了
碳纖維絲&碳纖維布
單
獨一條碳纖維絲比人的頭髮還細
在生產的過程中   以編織層疊的方式   交叉或相疊 而成
所以看起來有方格或圓弧的紋路  
因
為未成形之前 碳纖維是很軟的(像布質一般)   所以它比一般的金屬複合式材料有更加的
朔型韌性極限  可以依照想要的形狀或模具加壓成型
它可以是整片的( 引擎蓋 )  或是管狀的 ( 防滾籠
)
亦或 單一小片的
F1 車體就運用碳纖維材質製做車體及相關零件
而一般在製作成成品時大約可分成兩種
一種濕式 另一種就是乾式
利用樹指將碳纖維布黏在一起 
朔成欲製成的形狀
待乾燥後就是成品
濕式的方法成本較低  但因為是"黏"的 所以在強度上不及乾式的做法
既然稱為 "乾式"  就表示在製作成品時
是不用樹指朔型的
而是以 "開模" 的方式  將碳纖維製品放入模具其中
再用真空成型的原理  將模具中的空氣抽掉
碳
纖維製品在受到壓力後密合  形成堅固輕巧  真正強韌的完成品
因為完全無縫隙  強度自然就比"濕式" 高上許多
但
成本高昂   自然一般店家沒那麼多"預算" 來購入模具
製作乾式碳纖維的機器
碳
纖維製有多輕? 看這兩個同樣的引擎蓋 卻不同材質就知道
碳纖維最早是應用在航太科技 或  軍事用途上
因
為早期製作技術有限   碳纖維製品生產不易
製作技術隨著科技進步後 普及化到一般名生用品
需要高強度材質來製作輕量化的汽車工業
當
然不會忽略這麼好用的材料
在09 年的東京車展上  Mugen 將 FD2
( 8th CIVIC ) 換上了全車碳纖維車殼
賽道測試比原裝 R 快了2.5 秒之多 可為強到無話可說
碳纖維有極高的韌性  所以可以擁有高張力的可朔性
但這是指在加熱的過程中 
一旦冷卻    表面逐漸硬化後   
韌性和朔性 彈性  會維持一定的程度
可是剛性卻會降低很多  因為他本來就是合成的朔膠纖維嘛  它又不是金屬類
所以為了提高碳纖維製
品的剛性  會在特定的製品上 以混合材質的方式
來提高該製品所需要的強度 以及耐用度
而且
在成形的碳纖維
製品上  有著不易被周遭溫度或壓力而影響的性質
材質效應安定  更受到賽車工業的喜愛    
碳纖維製輪框  除非是賽道專用 
不然一般道路我看很難上路吧( 一個不小心就.......)
碳纖維因為價格的關係  雖然不普及
但也不是很稀有  
一
般車廠都會以打著碳纖維製作的特別版車款來做宣傳
儘管只是少量  但也的確達到話題性了
限量的就不用講了
 
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 由於複合材料（Polymeric Composite）具有高強度、高勁度、質

量輕、耐腐蝕以及抗磨損等特性，已運用於航太工業、汽車工業、船

舶工業、醫療以及運動器材上。複合材料種類繁多，其中使用最久應

用最廣者，當屬纖維強化高分子複合材料。在航太工業中，由於飛機

必須抗拒重力才能在空中飛翔，因此減輕重量一直是飛機製造者追求

的目標。飛機在起飛與降落時承受複雜的應力變化，在數小時或長時

間的飛行中，同時暴露於嚴苛的環境變化下，因此飛機所使用的材料

必須能得起外界的衝擊。而複合材料具有高比強度(specific

strength）和高比勁度(specific stiffness)，減重效果良好，所以

愈來愈廣泛的應用於飛機上。

  複合材料顧名思義是由兩種以上的材質所組合而成，一般來講，是

由基材(matrix)及補強材(reinforcements)所構成。基材是材料組

成裏連續的材質，而補強材則為其中不連續的材質。通常補強材的機

械強度要比基材高，才能夠補強基材，使合成的複合材料得到較佳的

機械強度。然而，複合材料的性質並不同於其構成的任一材料，而是

呈現另一種新的材料性質。

 
1.2 高分子複合材料的分類

  高分子複合材料其基材是由高分子材料所構成，而依補強材的不同
可區分為:

纖維強化複合材料

補強材是由纖維所構成，纖維形狀的特徵是，其長度的尺
寸遠大於截面的尺寸。

微粒強化複合材料

補強材是由微粒所構成，而以微粒的形態存在於複合材
料中。

鱗片強化複合材料

補強材是由鱗片所構成，鱗片在平面各方向的尺寸大約
相等，但大小遠大於其厚度。
 
1.3 纖維複合材料

 複合材料種類繁多，其中應用廣者，當屬纖維補強之高分子複合材

料，而其基本的組成為纖維及高分子基材 。纖維是決定複合材料機械

性質的主要因素，用以承受主要負載，限制微裂紋延伸，提高材料剛

性與抗疲勞及潛變性能等，高分子一般分為熱塑性塑膠(thermoplastic)

及熱固性塑膠(thermoset)兩大類，而纖維則有不同的材料及形式，

常用的有玻璃纖維、碳纖維、Ｋevlar纖維、硼纖維、及碳化矽纖維幾

種，形式上有短纖、連續長纖、編織纖維、及粉狀纖維等。在航太工業

的應用上，因為對於材料強度的要求較高，所以在強化纖維的選擇上，

通常以連續長纖為主。

 

熱塑性塑膠

 常溫下為固體的高分子塑膠，但加熱加壓後軟化或熔解，並能流動

成形，冷卻時會回到原來的固體狀態，而此種作用可以重覆發生。熱

塑性塑膠內部的高分子鏈為線性，在加熱過程中，會產生相互移動而

使材料軟化。如 Nylon,PP,PBT,PPO,PC,ABS,PVC 等均屬於熱塑性

塑膠。

 

熱固性塑膠

 由分子鏈交鏈形成三度空間固體結構的塑膠，稱為熱固性塑膠。此

種材料加熱加壓後，並不會軟化或熔解，因此無法製成所要之形狀。

所以在製造上是採用未形成高分子塑膠的液態樹脂，於流動成形後，

以促進劑或觸媒促使樹脂反應形成交鏈分子鏈的高分子固體。部份樹

脂系統於反應時需要加熱。如不飽和聚酯樹脂，環氧樹脂，酚樹脂等，

均為可形成熱固性塑膠的熱固性樹脂。

 

玻璃纖維

    常用的玻璃纖維一般可分為E-glass、

S-glass、C-glass三種：

E-glass:為鈣-硼矽玻璃纖維，用於一般之補強塑 膠，電氣性質甚

 為優良。

S-glass:具高強度及高彈性係數，用於太空方面，與E-glass比較，

 比重小約2%，抗拉力約大35%，而彈性係數約大20%。

C-glass:為鈉-鈉-硼矽玻璃纖維，耐化學品侵蝕的性質優良，適合於

       耐腐蝕性之纖維複合材料製品。

 

碳纖維

 纖維其含碳量在99%以上者稱為石墨纖維，若在93%-95%之間，則稱

為碳纖維。一般是在高溫下，以熱分解的方式將預形體(precursor)

碳化成碳纖維。預形體的材質有嫘縈(rayon)、聚丙烯睛(PAN)纖維、

及瀝青(pitch)，而PAN系列碳纖維為目前商業化的主流。

 嫘縈(rayon)

        最早用來製作碳纖維的原料。

 聚丙烯睛(PAN)纖維

        成本比嫘縈絲低，製作的碳纖維在抗拉強度可達 2.4 GPa~3.1
        GPa，彈性率0.2~0.5 GPa。

 瀝青(pitch)

        若將等向性分子瀝青直接做成碳纖維，因分子不具方向性，所以
        機械性質低，用途有限。如果在 400℃~450℃ 的惰性氣體中長
       期處理，可將瀝青轉換成液晶瀝青(liquid crystal)的形態，

 因具有優勢的分子順向排列，可製成高性能的碳纖維。

 

Kevlar纖維

 Kevlar為商業化的芳香聚醯銨纖維，為人造的有機纖維。具低密度、

高強度、及低成本。一般而言與高分子基材的相容性不佳，因此製成的

複合材料抗壓強度較低。常用的有 Kevlar 29 及 Kevlar 49。

硼纖維

  幾乎所有的硼纖維都用來製作硼/環氧樹脂複合材料，硼纖維是用化學

氣相沉積法將硼沉積於鎢絲上，鎢絲表面和硼反應後其直徑約17.5 mm，

而硼纖維的直徑約 100 mm，如下圖所示。因為硼纖維的製作成本遠高於

碳纖維，因此在高分子複材方面，幾乎為碳纖維所取代。

 

碳化矽纖維

 碳化矽纖維亦是由化學氣相沉積法製成，其直徑約140mm。因為碳化

矽纖維能承受較高的溫度，在 1000 ℃ 左右還能保持約50%的強度，

所以大部份都使用在金屬基的鋁或鈦合金複合材料上。

 
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