在2025年，高纯石墨行业迎来诸多政策利好。国家出台一系列政策推动新材料产业发展，对高纯石墨的研发与应用给予重点支持，旨在提升我国在高端材料领域的竞争力。相关数据显示，预计到2025年底，高纯石墨市场规模将较上一年增长15%，应用领域也将进一步拓展至更多高新技术产业。在此背景下，深入研究高纯石墨的性能，尤其是热扩散系数，对于推动高纯石墨在各领域的精准应用具有重要意义。
制备高纯石墨试样选用含碳90 - 97%、含氢 1.5 - 8% 的煅烧石油焦和中温煤沥青作为原料。《2025-2030年全球及中国高纯石墨行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，经过混捏、压型、焙烧以及高达 2800℃的石墨化处理，使得碳原子形成三维有序层状排列的结构。为满足热扩散性能和力学性能要求，还需进行二次浸渍 / 焙烧，最终得到密度为 1.84g/cm³、孔隙率较低的高纯石墨材料，这种材料非常适合作为热扩散测试标准试样。随后，采用机械加工方式将其制成直径为 12.7mm，厚度分别为1、2、3、4、5、6mm 的圆片试样。加工过程中，对设备、刀具、砂轮进行严格清洗除尘，且全程不使用冷却液等辅助加工液体，以保证试样纯度。同时，将试样的厚度和平行度误差控制在 0.5% 以内，避免因厚度不均导致热量传递出现二维热流，从而减少热扩散系数测量误差。
激光闪射法是目前先进的材料热物理性能测试方法，此次测试选用德国耐驰生产的 NETZSCH LFA 457 MicroFlash 激光热导仪。该测试采用单一激光束，激光脉冲时间为 0.5ms，激光能量 12J/pulse，测试室温控制在 20℃，激光电压 1826V，保护气 Ar 气流量为 100ml/min，升温速率 15k/min，通过红外检测器测试表面温度，并运用 Cowan 模型进行数据处理。为确保试样均匀吸收激光能量，降低表面对激光的反射率，测试前在试样表面均匀喷涂石墨薄层。对不同厚度的试样，分别在 27℃、200℃、400℃、600℃和 900℃温度下进行测试，每种厚度测量 6 个试样，以保证测试结果的准确性和可靠性。
在 27℃ - 900℃温度范围内对制备的高纯石墨热扩散率进行测量。从测试结果来看，每一种厚度的高纯石墨试样热扩散率都呈现出随温度升高而逐渐降低的规律，这符合高纯石墨材料热扩散率随温度变化的特性。数据显示，27℃时高纯石墨试样热扩散系数多数在 100mm²/s 之上，属于高导热材料，这使得其在作为标样测试其他材料热性能时，能够有效减少测量误差，是理想的热物理性能测试标样材料。
观察不同厚度高纯石墨热扩散系数随厚度变化的曲线可以发现，同种材质的高纯石墨标样，其热扩散系数测试结果随着试样厚度的增大先增大，当厚度达到 3mm 时，热扩散系数达到最大值，随后又逐渐降低或趋于平缓。也就是说，试样厚度过大或过小时，高纯石墨的热扩散系数测量值都会变小。
这种变化规律主要是由于不同厚度的标样对测量误差的直接影响。根据激光闪射法测量热扩散系数公式，要准确测得样品的热扩散系数，需要精确获取样品的厚度与半温升时间。对于高导热的高纯石墨样品，测试误差来源于样品下表面受激光辐照后的温区厚度。为减小测量误差，需要将温区厚度与样品总体厚度的比值维持在较低水平。而且，试样太厚会增加温升达到热平衡的时间，导致热损失增大，测量误差增加;试样太薄则难以满足激光脉冲时间远小于试样背面温度达到最大值的时间这一条件，同样会增大测量误差。经过研究发现，当高纯石墨试样厚度为 3mm 时，激光脉冲时间效应以及辐射热损失效应对热扩散系数测试精度影响较小，能满足脉冲法测试热扩散系数的边界条件，测得的热扩散系数较为精准。综合热扩散系数标样选择要求、材料热力学性能、试样加工技术等多方面因素，3mm 厚的圆片是高纯石墨作为热扩散系数标样的最佳厚度。
通过对高纯石墨热扩散系数的研究，利用热压烧结法制备的高纯石墨具备作为热扩散系数测试标样的良好条件。在使用激光闪射法测试高纯石墨热扩散系数时，试样厚度对测试精度有着显著影响。研究明确了高纯石墨热扩散系数在试样厚度为3mm时达到最大值，此时测试精度较高，确定了3mm为热扩散系数标样的最佳厚度。这一研究成果为高纯石墨在热扩散系数测试标样领域的应用提供了重要依据，有助于提高相关材料热性能测试的准确性，对推动高纯石墨在冶金、化工、电子等众多领域的高质量应用，以及促进高纯石墨行业的发展具有积极意义。
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