炭素制品的發展史和概況

炭素制品的發展史和概況炭素的發展概況

人類對炭的利用是與人類的進化發展同步的，遠古時代人類發現和利用火就開始使用炭（木）丁。在我國、《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》中有記述挖煤說明當時就已利用煤作為燃料了，木炭與煤在陶器、銅器時代就已廣泛應用了。作為炭素制品，明代宋應星著的《天工開物》（1637年）已記載用炭（石墨）與黏土制作坩堝，這就是初級炭素制品。

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

公元1713年，A. Derby發明了用煤生產焦炭開始利用冶金焦煉鐵，炭作為工業化生產與應用才真正開始。

1800年，英國科學家戴維（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、再經焙燒而成為最初的炭電極。

1842年，R. Bunsen采用木炭與甑炭經煅燒后粉碎、篩分、按比例將炭骨料粉末與黏結劑混合，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，焙燒后通過機械加工而制成炭電極，這就是現代炭素制品的雛形。現在的常規炭素制品的生產工藝中基本上保留了這種生產方法。此后，致密的電極、煉鐵高爐用天然石墨內襯炭板等相繼開發出來。1867年，w. Siemens發明了電動機，標志著電氣時代的到來，也使炭素制品被廣泛開發，如弧光炭電極、煉鋼電極、電解食鹽炭陽極、電機用電刷等初級炭素制品。

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

1896年，艾其遜（E.g. Acheson）研制出人造石墨電極，使炭素制品從炭質轉變為石墨質，炭素制品進入工業化時代。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年費米（E. Fermi）成了原子能反應堆用的高純核石墨。20世紀40年代以后，隨著工業的大發展，新技術新工藝的不斷涌現，使炭素制品的生產規模不斷擴大，新用途不斷出現，因而促使開發出許多炭素新材料、新產品新炭材料如炭纖維及其復合材料，核石墨、熱解石墨、玻璃炭、不透性石墨、多孔炭等。新產品如冶金機械用石墨模具、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、高溫爐發熱體與舟皿、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）等的發現，使炭素材料進入新型炭時代。