尽管石墨因其独特的性能而受到重视，但它并非一种理想的通用材料。其主要缺点是固有的脆性、产生污染性粉尘的倾向，以及在有空气存在的情况下，在适度高温下容易被氧化。这些限制直接源于其原子结构和制造工艺。
石墨的核心挑战在于，其既定的优点——如高温稳定性和润滑性——与其最大的弱点密不可分。成功应用的关键在于理解其性能在很大程度上取决于其等级、制造工艺和操作环境。
结构和机械限制
石墨在物理应力下的性能与金属有着根本的不同。其类陶瓷的特性决定了它在哪里以及如何能被有效地使用。
固有的脆性
石墨的延展性非常低。与会在应力下弯曲或变形的金属不同，石墨会断裂。这使得它不适用于涉及高冲击、冲击载荷或显著拉伸力的应用。
孔隙率问题
许多常见的石墨等级都具有多孔性。这种内部的空隙可以吸收流体、允许气体通过，并产生应力集中点，从而引发裂纹并降低整体强度。
粉尘产生和污染
石墨相对较软，容易磨损，会脱落细小颗粒。这种石墨粉尘是导电的，可能成为污染的主要来源，导致电子设备短路，并损害洁净室环境中的工艺。
环境和化学敏感性
尽管石墨在许多条件下都很稳定，但它有一些特定的环境触发因素会导致其分解，通常是在远低于其升华点的温度下。
易被氧化
这是石墨最显著的限制之一。虽然它可以在真空或惰性气氛中承受极高的热量（在约3650°C时升华），但它在空气中，在低至450°C (842°F) 的温度下就开始氧化和降解。
与某些金属的反应性
在高温下，石墨可能与某些金属反应生成碳化物。这会改变石墨和与其接触的金属部件的性能，这在冶金和炉内应用中可能是一个问题。
理解权衡
石墨的特性很少是直截了当的。在一个环境中被认为是优势的特性，在另一个环境中可能成为一个重大的缺点。
各向异性：一把双刃剑
石墨的分层原子结构意味着其性能通常是各向异性的，即依赖于方向。例如，热导率和电导率沿着层平行方向远高于垂直于层方向。如果设计没有考虑到这种方向性，可能会导致意外的热点或电气行为。
导电性：资产还是负债？
其导电能力对于电极和电刷等应用至关重要。然而，正是这种特性使其完全不适用于需要电绝缘的部件。
等级和纯度很重要
“石墨”是一个广泛的术语。一种廉价的挤压等级的性能（和限制）将与高纯度、等静压制的等级截然不同。为应用选择错误的等级是常见的失效原因。
制造和处理挑战
与更常见的工程材料相比，加工石墨带来了独特的困难。
加工困难且脏
加工石墨会产生磨蚀性和导电性的粉尘，如果未得到妥善控制，可能会损坏机床部件并造成危险的工作环境。材料的脆性也使得加工精细、精密的部件非常具有挑战性。
高性能等级的成本
虽然简单的石墨粉末很便宜，但用于苛刻应用的高纯度、高密度和大型石墨块的生产成本可能非常高昂。
为您的应用做出正确的选择
选择正确的材料需要在权衡这些缺点与您的主要目标之间做出决定。
- 如果您的主要关注点是高冲击机械强度： 请考虑金属或结构复合材料，因为石墨的脆性是一个关键的劣势。
- 如果您的应用涉及富氧环境中的高温： 除非您能为石墨提供惰性气氛，否则请考虑技术陶瓷或耐火金属。
- 如果您在洁净室或使用敏感电子设备： 请选择替代材料或特殊密封/涂层的石墨等级，以防止颗粒脱落。
- 如果您需要在所有方向上实现均匀的性能： 请确保您指定的是等静压制（等静模压）等级的石墨，而不是更便宜的挤压等级。
通过了解这些限制，您可以在最需要的地方利用石墨的优势，并避免在它根本不适合的场景中误用。
摘要表：
| 缺点 | 关键影响 | 应避免的典型应用 |
|---|---|---|
| 脆性与低延展性 | 在冲击/震动下断裂 | 高拉伸或冲击载荷部件 |
| 空气中氧化 | 在450°C (842°F) 以上降解 | 没有惰性气体的过程高温 |
| 粉尘产生与污染 | 电子设备短路，不洁净 | 洁净室，敏感电子设备 |
| 各向异性 | 导电性/热流依赖于方向 | 需要均匀行为的设计 |
| 与金属的反应性 | 高温下形成碳化物 | 与某些熔融金属直接接触 |
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