碳元素在自然界中以多种形式存在，其中以游离元素或单质形式存在的碳，化学性质稳定，热导率高，抗热冲击性强，中性，不为大多数熔融金属所润湿，耐磨和耐腐蚀性好，广泛应用于钢铁、有色等行业。

铸造生产中常用的碳质材料有石墨、炭素材料（主要是煤粉及其替代物，焦炭等）。铸造涂料中常用石墨作为耐火骨料，其次是焦炭粉。另外某些与碳相关的物质，如粉煤灰、由秸秆等农作物制成的木炭灰等，至少在理论上有作为涂料耐火骨料的可能性。

1、石墨

石墨的结晶形态可分为鳞片状石墨、块状石墨和无定形石墨。中国石墨资源比较丰富，多半是鳞片和无定形石墨（又称隐晶石墨或土状石墨）。

石墨是中性材料，对金属激冷能力高、不被金属或金属氧化物所润湿、不与金属液发生化学反应，耐火度高，如天然鳞片石墨的熔点高达3000度以上，一般工业用的石墨熔点为2100度。因此石墨的耐火性能极佳，且不为液态金属所润湿，这两大特点是其它任何材料所不能比拟的。 石墨粉来源丰富、价格低廉，是铸铁涂料中常用的耐火填料，金属型铸铜、铸铝件生产中也常用它。石墨粉一般不适合用于铸钢涂料，这主要是由于石墨会使铸钢件增碳的缘故。

普通的石墨涂料中一般将鳞片石墨和土状石墨复合使用。如果单一使用鳞片石墨，由于鳞片石墨耐火度很高，涂层在一般浇注温度条件下很难烧结，很容易被高温铁水冲蚀而失去效用。如果单一使用土状石墨，则涂料在烘干或点燃后容易出现涂层开裂现象。一般推荐土状石墨和鳞片石墨的比例为8:2。如果涂料采用其它非石墨耐火材料作骨料时，也可以添加少量鳞片石墨来防止涂层开裂，并提高耐火度。

由于石墨的颜色和渗透性，造成环境污染，近年来人们开发了许多石墨替代材料。不含或只含少量石墨的涂料称为浅色涂料，在铸铁和有色合金铸件的生产上得到越来越多的应用。

石墨涂料的另一个缺点是其较高的热传导能力和吸热能力，这有可能造成大型铸铁件的表面缺陷。

但是，石墨的最大特点是还原性，不与铁液润湿，形成保护性气膜，因此，许多铸铁涂料中仍然或多或少地会加入一些石墨，以增强涂料的剥落性和防粘砂能力。

关于石墨在铸造涂料中的应用，笔者在 “石墨粉—铸造涂料常用耐火材料（5）”一文中有更多介绍。

2、焦炭粉

焦炭是一种无定形碳，是采用烟煤或一些含碳量高的物质(如石油沥青、渣油、煤沥青等)在高温下隔绝空气加热使之焦化的产物。 焦碳通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦（生产煤气）和电石用焦（生产电石）等，适合于铸造涂料使用的焦炭粉是冶金焦经粉碎制成的。

煤在锅炉内加热到850℃以上时，随着温度升高，煤中的有机物分解， 其中挥发性产物逸出后，残留下的不挥发产物就是焦炭。主要成分为固定碳，其次为灰分，所含挥发分和硫分甚少。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。高炉冶炼过程实际上是将铁矿石还原的过程， 焦炭即充当了还原剂和热量来源。焦炭在铸造上主要是为冲天炉熔炼铁水提供热量，也是铸铁合金中碳元素的主要来源。

作为铸铁涂料的骨料，焦炭粉与石墨粉具有以下共性：

·       熔点高，耐火度高。

·       与绝大多数金属液体几乎都不润湿。

·       在高温下生成还原性气氛，减少金属氧化物的产生，防止生成铁橄榄石等低熔点物质，从而抑制化学粘砂。

·       产生光亮碳和保护性气膜，将金属与型砂隔开，有助于防止机械粘砂，促使金属本体与 砂粒涂料层剥离，提高铸件表面质量。

与石墨粉相比，焦炭粉具有以下特性：

·       焦炭粉比石墨粉燃烧性能好，燃烧速度快，燃烧更加完全。石墨粉的燃烧速度相对较慢，而且也只是部分燃烧。因此，在产生还原性气氛方面，焦炭粉更加有效，更加有利于涂料层的剥落。

·       焦炭粉颗粒的微孔较多，有利于涂层透气，但也会因为吸收了更多水而使涂层干燥速度下降，可能造成烘干不完全而残留水分。对于醇基涂料，则会消耗更多的溶剂，增加原材料成本，并可能引起某些与溶剂有关的缺陷，如涂层强度下降、过烧等。（详见笔者在“载液”版块的相关文章，这里不再赘述）。

·       焦炭粉的热传导系数低于石墨，隔热性能比石墨强，吸热能力比石墨低，有助于减少大型铸铁件的表面缺陷。

·       焦炭粉是焦炭块经过机械粉碎而成，颗粒的粒形多呈尖角状，所以涂层的光滑程度不如石墨涂料。在高温下焦炭颗粒的塑性变差，易引起涂层开裂。

·       焦炭与金属的润湿性高于石墨，（与金属润湿不利于防止粘砂）。

·       焦炭由于燃烧性能高于石墨，会产生更多的气体，因此，产生气孔的可能性高于石墨。

·       焦炭粉与水的相容性不好，在水基涂料中容易漂浮，因此在含水比较多的水基浸涂涂料中的应用并不成功。

·       焦炭的成本明显低于石墨。

基于焦炭粉与石墨粉的以上共性和特性，考虑到焦炭粉的成本优势，可以根据铸件实际情况和对涂料的具体要求，在某些铸铁涂料中使用焦炭粉部分取代石墨粉。

3， 其它与碳有关的材料

A, 粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂煤炭燃烧后残留的粉状废料，目前只有少部分得到再生利用，大部分作为废料排放，排放量巨大。有铸造科研人员尝试把粉煤灰用于铸造涂料，取得了成功。

粉煤灰虽然来自于煤炭，但经过彻底燃烧，本身已经不含碳的成分，主要组成是SiO2和Al2O3等，结晶相主要是石英、莫来石、云母、长赤铁矿和少量方解石等，这些晶相以混合物形式存在，因此粉煤灰没有固定的熔点，软化温度则从低于1200度到高于1350度之间变化，在铸铁浇注温度下可以形成玻璃相。按照涂料的烧结理论，粉煤灰可以与其它高耐火度骨料配合使用，在金属液和涂料界面形成一层易于剥离的烧结层，从而达到防止粘砂，改善铸件表面质量的目的。

科研人员华建设等以粉煤灰和铝矾土为耐火骨料，研究开发了铸铁涂料，在实验室和实际生产中取得了成功。

B, 其它与碳有关的材料：

笔者也曾阅读过一些所谓发明专利，将农作物秸秆、稻壳等含碳有机物经过煅烧处理后，与其它一些废物垃圾（包括粉煤灰）一起作为涂料的耐火骨料。这些发明专利本身的意义主要是废物利用，其经济性和实用性还有待实际验证。

至于潮模砂里普遍使用的煤粉，本身具有石墨和焦炭粉的众多优点，如与铁水不润湿、在高温下生成还原性气氛，产生光亮碳和保护性气膜等，但是煤粉本身的挥发分太高，在高温下会产生大量气体，不适合用于铸造涂料的骨料。