在2025年，高純石墨行業迎來諸多政策利好。國家出台一系列政策推動新材料產業發展，對高純石墨的研發與應用給予重點支持，旨在提升我國在高端材料領域的競爭力。相關數據顯示，預計到2025年底，高純石墨市場規模將較上一年增長15%，應用領域也將進一步拓展至更多高新技術產業。在此背景下，深入研究高純石墨的性能，尤其是熱擴散係數，對於推動高純石墨在各領域的精準應用具有重要意義。
製備高純石墨試樣選用含碳90 - 97%、含氫 1.5 - 8% 的煅燒石油焦和中溫煤瀝青作為原料。《2025-2030年全球及中國高純石墨行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，經過混捏、壓型、焙燒以及高達 2800℃的石墨化處理，使得碳原子形成三維有序層狀排列的結構。為滿足熱擴散性能和力學性能要求，還需進行二次浸漬 / 焙燒，最終得到密度為 1.84g/cm³、孔隙率較低的高純石墨材料，這種材料非常適合作為熱擴散測試標準試樣。隨後，採用機械加工方式將其製成直徑為 12.7mm，厚度分別為1、2、3、4、5、6mm 的圓片試樣。加工過程中，對設備、刀具、砂輪進行嚴格清洗除塵，且全程不使用冷卻液等輔助加工液體，以保證試樣純度。同時，將試樣的厚度和平行度誤差控制在 0.5% 以內，避免因厚度不均導致熱量傳遞出現二維熱流，從而減少熱擴散係數測量誤差。
雷射閃射法是目前先進的材料熱物理性能測試方法，此次測試選用德國耐馳生產的 NETZSCH LFA 457 MicroFlash 雷射熱導儀。該測試採用單一雷射束，雷射脈衝時間為 0.5ms，雷射能量 12J/pulse，測試室溫控制在 20℃，雷射電壓 1826V，保護氣 Ar 氣流量為 100ml/min，升溫速率 15k/min，通過紅外檢測器測試表面溫度，並運用 Cowan 模型進行數據處理。為確保試樣均勻吸收雷射能量，降低表面對雷射的反射率，測試前在試樣表面均勻噴塗石墨薄層。對不同厚度的試樣，分別在 27℃、200℃、400℃、600℃和 900℃溫度下進行測試，每種厚度測量 6 個試樣，以保證測試結果的準確性和可靠性。
在 27℃ - 900℃溫度範圍內對製備的高純石墨熱擴散率進行測量。從測試結果來看，每一種厚度的高純石墨試樣熱擴散率都呈現出隨溫度升高而逐漸降低的規律，這符合高純石墨材料熱擴散率隨溫度變化的特性。數據顯示，27℃時高純石墨試樣熱擴散係數多數在 100mm²/s 之上，屬於高導熱材料，這使得其在作為標樣測試其他材料熱性能時，能夠有效減少測量誤差，是理想的熱物理性能測試標樣材料。
觀察不同厚度高純石墨熱擴散係數隨厚度變化的曲線可以發現，同種材質的高純石墨標樣，其熱擴散係數測試結果隨著試樣厚度的增大先增大，當厚度達到 3mm 時，熱擴散係數達到最大值，隨後又逐漸降低或趨於平緩。也就是說，試樣厚度過大或過小時，高純石墨的熱擴散係數測量值都會變小。
這種變化規律主要是由於不同厚度的標樣對測量誤差的直接影響。根據雷射閃射法測量熱擴散係數公式，要準確測得樣品的熱擴散係數，需要精確獲取樣品的厚度與半溫升時間。對於高導熱的高純石墨樣品，測試誤差來源於樣品下表面受雷射輻照後的溫區厚度。為減小測量誤差，需要將溫區厚度與樣品總體厚度的比值維持在較低水平。而且，試樣太厚會增加溫升達到熱平衡的時間，導致熱損失增大，測量誤差增加;試樣太薄則難以滿足雷射脈衝時間遠小於試樣背面溫度達到最大值的時間這一條件，同樣會增大測量誤差。經過研究發現，當高純石墨試樣厚度為 3mm 時，雷射脈衝時間效應以及輻射熱損失效應對熱擴散係數測試精度影響較小，能滿足脈衝法測試熱擴散係數的邊界條件，測得的熱擴散係數較為精準。綜合熱擴散係數標樣選擇要求、材料熱力學性能、試樣加工技術等多方面因素，3mm 厚的圓片是高純石墨作為熱擴散係數標樣的最佳厚度。
通過對高純石墨熱擴散係數的研究，利用熱壓燒結法製備的高純石墨具備作為熱擴散係數測試標樣的良好條件。在使用雷射閃射法測試高純石墨熱擴散係數時，試樣厚度對測試精度有著顯著影響。研究明確了高純石墨熱擴散係數在試樣厚度為3mm時達到最大值，此時測試精度較高，確定了3mm為熱擴散係數標樣的最佳厚度。這一研究成果為高純石墨在熱擴散係數測試標樣領域的應用提供了重要依據，有助於提高相關材料熱性能測試的準確性，對推動高純石墨在冶金、化工、電子等眾多領域的高質量應用，以及促進高純石墨行業的發展具有積極意義。
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