炭素材料的熱學(xué)性質(zhì)表示材料受熱后引起變化的關(guān)系，通常用熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和抗熱震性來表征。

1. 熱導(dǎo)率

在固體材料中，熱傳導(dǎo)有兩種方式。一種是由自由電子流動而實(shí)現(xiàn)，多數(shù)金屬是屬于這一類。另一種是靠晶格原子的熱振動,非金屬包括炭素材料在內(nèi)屬于晶格導(dǎo)熱體。晶格熱振動的原理是:在一定溫度下，晶體中原子的熱振動有一定振幅，一個原子振動就會對鄰近原子施加周期性作用力，如果鄰近原子處在較低溫度，振動振幅相應(yīng)較小，相互作用的結(jié)果發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，這樣就使熱量由熱端向冷端傳遞。炭素材料的導(dǎo)熱是靠晶格原子的熱振動傳熱的晶格導(dǎo)熱體。

炭素材料的熱導(dǎo)率有以下列特點(diǎn):

石墨的熱導(dǎo)率呈現(xiàn)各向異性，因?yàn)樵谑w中晶格波主要沿晶格網(wǎng)平面?zhèn)鬟f的，而且在平面上還有π電子作用。

炭素材料的熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率與石墨化度有密切關(guān)系，石墨化度愈高，則熱導(dǎo)率愈高。因?yàn)樵诔鼗虻陀诔貢r，晶格波平均自由程與微晶尺寸成正比，而且炭素材料的晶格缺陷也對晶格波平均自由程有影響。盡管炭材料和石墨材料的比熱容相差不多，但熱導(dǎo)率可以相差幾倍至幾十倍。石墨材料是一種良好的導(dǎo)熱體,它的熱導(dǎo)率可與一些金屬媲美,但另一些炭素材料(如多孔炭、炭布、炭氈等)卻為高溫隔熱體。

2、熱膨脹系數(shù)

固體材料的長度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹或線膨脹。線膨脹系數(shù)直接影響著材料在高溫下的使用性能，線膨脹系數(shù)越大的產(chǎn)品受熱變形越大，開裂的可能性越大，熱處理成品率就越低。當(dāng)炭素材料用于工作溫度高、變化幅度大，而要求材料尺寸無明顯變化的場合時,α值就成為重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。炭素材料的線熱膨脹系數(shù)比金屬小得多，而且石墨化程度愈高，線熱膨脹系數(shù)愈小。炭素材料的線熱膨脹系數(shù)具有明顯的各向異性。

3、抗熱震性

炭和石墨制品在高溫下使用時能經(jīng)受溫度的劇烈變化而不被破壞的性能，稱為抗熱震性，有時也稱耐急冷急熱性或熱穩(wěn)定性。熱膨脹性質(zhì)的存在是制品在溫度劇烈波動時破壞的根本原因，制品的表面由高溫急劇冷卻時，會因其收縮而產(chǎn)生張應(yīng)力;反之，在制品表面經(jīng)受急熱時則會因其膨脹而產(chǎn)生剪切應(yīng)力。當(dāng)溫度劇烈波動時，制品內(nèi)部及表面產(chǎn)生了溫度差，因而也就產(chǎn)生了應(yīng)力(內(nèi)部及表面的膨脹和收縮不同所引起的)。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到了制品的極限抗張強(qiáng)度或極限抗剪切強(qiáng)度時，制品也就產(chǎn)生了開裂，這是溫度急劇波動時制品遭受破壞的實(shí)質(zhì)。