談談奧妙的“碳”(一)

投身鑄造行業從事技術工作已經55年了，回想起來，這一輩子主要都是在和“碳”打交道，也逐漸知道，不瞭解“碳”就無從做好鑄造這一行的工作，因而一心想認識它、掌握它。說來慚愧，雖然還算很努力，但幾十年來對“碳”的認識仍然十分膚淺。實際上，僅從鑄造的角度來認識“碳”，就絕非易事，說到掌握它，看來只是年輕時的壯志豪情，迄今離入門還相距甚遠。今後，鋼、鐵鑄件生產方面的技術進步和創新，相當重要的一部分仍然在於增強對“碳”的認識，探索掌握“碳”的途徑和方法，但對我說來已經是力不從心，只能有待於可畏的後生了。

一、碳的特性

碳是自然界中蘊藏很豐富的元素，而且在103種元素中，可以說是最為奇妙的元素，由相同的碳原子，可以構成多種性質截然不同的物質。

（1）有質地柔軟可作為優良潤滑劑的石墨，有在高溫下高度膨脹而形成的柔性石墨，也有自然界最硬的物質——金剛石。

（2）碳質材料一般都不具備吸附能力，但又可製成吸附能力極強的活性碳。

（3）既可以製成纖維，也可以製成切削金屬用的堅硬刀具。

（4）大多數碳質材料的反應能力都很強，但也有非常穩定的非活性碳質材料。

（5）碳既是廣泛採用的燃料，也可製成高階耐火材料。

碳在常壓下的熔點為3550℃，沸點為4194℃，3500℃開始昇華，是熔點最高的元素，且在高溫下不發生晶態變化，幾乎不軟化、不變形。碳的同素異構體有無定形碳、石墨和金剛石。不同形態的碳，密度因結構不同而異：無定形碳的密度約為1。98g/cm³，石墨約為2。3g/cm³，金剛石約為3。51g/cm³。

不同晶體結構的碳，密度不相同，效能差別很大。晶體結構相同的碳，如果原子配置的完整度不同，不但原子間的距離有差別，效能和密度也不相同。

含碳晶體還有一個重要的特點，那就是在無氧條件下加熱，晶體結構會向更完整、更緊密的狀態轉變。無定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等，在高溫作用下可轉變為石墨。石墨在高溫、高壓作用下可轉變為金剛石。

“碳”對鑄造行業的貢獻極大，說“離開了碳，就不可能有今天的鑄造行業”，絕非誇大之詞。但是，碳也難免有給鑄造行業“抹黑”之嫌，以至不少年輕人都不願意做鑄造工作。