由于石墨材料的脆性特征，石墨高速加工并不像塑性金属材料通过塑性变形获得带状或节状切屑来实现材料去除，而是通过刀具对石墨表层材料的冲击、压碎和剥离等作用使石墨材料发生脆性断裂生成切屑颗粒或粉末来实现。石墨切削过程中产生的微细颗粒状粉尘切屑对机床和刀具的使用寿命、加工精度有很大影响。石墨粉尘若进入主轴会造成装夹不稳、主轴轴承使用寿命和刀具使用寿命降低、停机时间增加和工件尺寸精度降低等不良影响。对于高速加工中心，由于主轴转速很高，装夹不稳会引起极大的惯性离心力，甚至造成断刀，不仅会造成废品，对操作者和机床都会带来危险。石墨粉尘进入机床会加剧机器滑动面的磨损，进入进给系统则会造成丝杠和线性导轨的磨损。石墨是良好的导电材料，石墨粉尘进入数据线接口会影响数据传输，进入数控系统后会影响其灵敏度和可靠度，甚至造成电气系统短路引发生产事故。 石墨专用高速加工机床除了具备通用高速加工机床的基本功能外，还必需考虑以下三个方面： (1)主轴和进给系统的防尘密封； (2)机床工作区由防溅护罩和项板完全密封： (3)机床内置集成强力真空吸尘装置将加工过程中产生的粉尘排出工作区并收集到塑料回收袋中统一进行处理。 目前，国内外常用的石墨高速加工机床主要有Makino SNC系列、Mitsubishi Roku—Roku系列、OKK DGM系列、Hsui Fong MG．850、 Mikron BMCl2、R6ders RPM800和Datron DynamicsM9．GR等。普通加工中心经过改造后也可用于石墨高速加工。由于加工中心自身的密封性能通常均较好，关闭防护门即可有效地防止石墨粉尘逸出，因此加工中心的改造主要是集尘改造。对于位于工作台下的传动系统，很难采取完全密封防尘，可在其附近加装集尘管，同时注意主轴防尘，换刀时应对刀柄进行吹气清洁，防止粉尘粘附在刀柄上而被带入主轴。每次加工完后要及时清理石墨粉尘，清洁加工中心。集尘改造主要是加装捕集粉尘装置，对于加工中心的改造应采用加装集尘管，集尘管结构简单，取材容易，可由普通塑料管改装而成，使用方便，成本低，吸尘面积小，集尘管可以安装在离加工区很近的部位，安装时尽量保证集尘管的气流方向与加工时石墨粉尘的排出方向一致，可以有效收集粉尘。 石 墨 材 料 的 特 性 及 应 用 范 围 炭 素 材 料 是 以 碳 元 素 为 主 的 无 机 非 金 属材料 ，其中炭材料基 本上是 由非石 墨质碳组 成的 材 料 ，而 石 墨 材 料 则 主 要 是 由石 墨质 碳 组 成的 材 料 ，石 墨 又分 为 天然 石 墨 和人 造 石 墨 两类 。 石 墨 材 料 主 要 是 由 多 晶 石 墨 构 成 。石 墨 是以 一 种 碳 原 子 之 间 呈 六 角 形 平 面 网 格 的 层 状晶 体 。 虽 然 石 墨 属 于 无 机 非 金属 材 料 ，但 因它具 有 良好 的 热 电传 导 性 而 被 称 为 半 金 属 ，石 墨具 有 比某 些 金 属 还 要 高 的 热 电 传 导 性 ，同 时 具有远 比金属低 的热膨胀 系数 ，很 高的化学稳定性 ，这就 使 它在工 程应用 中具有 重要 的价值 。石 墨 在 非 氧 化 性 介质 中 是 化 学惰 性 的 ，具 有 很好 的耐腐 蚀性 ，除 了强酸和 强氧 化性 介质外 ，石墨 不受其它酸 碱盐 的腐 蚀、不与 任何有机化合物应。 石 墨 材 料 又 是 一 种 耐 高 温 材 料 ，在 高 温 下石 墨 不会熔 化 ，气化 温度非 常高 ， 只是在 常压下 3350 18 开始 升华 变成气 体 。 一般 材料 在高温 下强度逐 渐 降低 ，而石 墨在 2 500 ’C 以内 ，它的强 度 随 温 度 升 高 而 增 加 ，在 2000℃ 以 上 ，其强度较常温 强度增大 一倍 ，石墨材料还 具有优异 的抗 热 震 性 能 ，所 以 石 墨 材 料 作 为 高 温 材 料有 其 独 特 的 优 越 性 。 由 于 石 墨 材 料 具 有 高 温 强 度 高 、 导 电 传热 、抗 热 震 性 、耐 腐 蚀性 、润 滑 性 好 等 优 点 ，它已成为 国民经 济发展 中不可缺 少的结构材 料 、高温 材 料 、 导 电材 料 、抗 磨 材 料 和 功 能 材 料 。当前 ，石 墨 材 料 已 广 泛 应 用 于 冶 金 、化 工 、电 子 、电 器 、机 械 以 及 核 能 和 航 空 航 天 工 业 等 部 门 ，可作 电极 、电解 阳极 、铸模和 高温轴承 ；原子核反应 堆 中作 为 中子减速 材料 和 核燃 料 的表 面涂 层 ；在 宇 航 领 域 ，石 墨 材 料 可 用 于 人 造 卫 星天 线 、航 天 飞机 机 壳 以及 火 箭 发 电机 喷 管 喉 衬等 部 件。 石 墨 材 料 在 高温 下 发 生 的 物 理 化 学 变 化以 及 高温 使 用 特 点： 石 墨 材 料 的 化 学 性 质 稳 定 ，因此 是 一 种 耐腐蚀 材料 。 但 在一 定条件下 ，碳也会 和其他物质 发 生 作 用 ，其 主 要 反 应 有 ：在 高 温 下 与 氧 化性 气 氛或 强 氧 化性 酸 中发 生 氧 化 作 用 ；在 高 温下熔 解于 金 属 并 生 成 碳 化 物 ；生 成 石 墨 层 间化合物。 在常 温 下 ，炭 与 各种 气体 不 发 生化 学 反应 在 350℃左 右 ，无 定 形 炭 即 有 睨 显 的 氧 化反 应 ，石 墨 在 450 ℃左 右 也开 始 发 生 氧 化 反应 。石墨 化程度 愈高 ，石 墨的 晶体 结构愈完整 ，其 反 应活 化 能 大 ，抗氧 化 性 能 好 ， 在 800~C 以内 ，达 到 同一氧 化速度 的温度 ，石 墨材 料约 比炭 材 料 高 50～ 100 ℃ 在 同 一 材 料 内 ，粘 结 剂炭 有优先氧化 的倾 向，所 以氧化反应进 行到一定 程 度 时 ，骨 料 颗 粒 会发 生 脱 落 。在 较 低 的 温 度 下 ，如 空 气 供 给 充 足 ，炭 和石 墨 材 料 则主 要 进 行 如 下 反 应 ：C + O 2— C O 2在较 高 的 温 度 下 ，炭 和 石 墨 材 料 又 开 始 发生 如 下 反应 ：C + 1 ／ZO 2一 C O赤 热 的 炭 和 石 墨 材 料 与 水 蒸 气 约 在700 ℃左 右 开 始 反 应 ：C + H 2O — C O + H 2C + 2 H 2O — C 0 2+ 2 H 2赤热 的炭和石 墨材料与 C O 。 的氧 化反 应在 更 高 的 温 度下 才 能进 行 ：C + C O 2— 2 C 0炭与 气体之 间反应应属于气 固反 应 ，氧化反 应速度与 当时的反应 面积大小 、材料 的气孔率及 气体压力等 因素有 关 ，其 反应速度既取决于 表面 的化学反应速度 ，也与气体分子 向材 料内扩 散 有 关 。 若 材 料 的气 孔 率 高 ，特 别 是 开 气孔 率 多 时 ，气 体分 子容 易扩散 到材 料 内部 ，参与 反 应 的 表 面 积 大 ，氧 化 速 度 就 快 ， 当 使 用 温度低 时 ，氧 化反应 速度 不高 ，气 体分子有 足够的时 间扩 散到材料 内部 ，这时氧化 反应速 度与材料 的气孔结构及反应活性有 关 。当温度 高于8 00 ~C 时 化学 反应速率 快 ，而 气 体分子 向材 料气孔 内扩散 却 因热运动而 减慢 ，氧化 反应 只在表 面进 行 ，氧化速率 受表面气流速 度所支配与材料种类关 系较小 。石 墨材料所 含 杂质 对 氧化 反 应起 催 化作用 ，所 以高 纯 石 墨 与 普 通 石 墨 的 氧 化 性有 睨显。 差 别 。(b ) 碳 化 物 的 生 成在 高 温 下 碳 熔 解 于 F e、A 1、M o 、C r、N i、T i等金属 和 B 、si等非 金属 中生成 碳化 物 。(c) 石 墨 层 间化 合 物 的 生 成石墨 的碳 原子 在其层 面 内是通 过共 价键牢 固地连接在 一起 的 ，而 在层间则 靠较弱的范德 华力结合 。 因此 ，在石 墨的层 间插入 各种分子 、原子 、 离子 而 不 破 坏 其 二 维 晶 格 ，仅 使 层 间距增 大 ，可 以制成一种 石墨特 有 的化合 物称为石墨层 间化合 物 ，制造 石墨层间化 台物通常采用天 然鳞片石 墨为 原料 。在石墨层 间化合物 中已得 工 业 上广 泛 应 用 的 是 柔 性 石 墨 。柔性 石 墨不仅 具 有 自润 滑 性 和 耐 高温 性 ，还 具 有 柔 韧性 、可饶性 和压缩 回弹性 ，可 作为精 炼炉、高温炉 的绝 热 材 料 ，并 广泛 用 作 密 封 材 料 。 为 了提高 柔 性 石 墨 的抗 氧 化 性 ，在 柔 性 石 墨 中 加 入 硼酸 、热固树脂 、无机物胶体等 粘合剂 。由此可见 ，炭 素材 料在非氧化 性介 质 中集耐 热性 、导 电性于 一体 ，但在 氧 化性 占优 势 的环 境 中 ，温 度 高 于 627K 就 开 始 发 生 氧 化 反应 ，并 且 随 着 温 度 的升 高 ，氧 化速 度 加 快 ，结 构因 此 而 受 到腐 蚀 、破 坏 、影 响 其 高 温 下 的使 用 。所以 ，石 墨材料的抗氧 化保护 问题 正在 受到广泛 重 视 。