炭素材料的热学性质表示材料受热后引起变化的关系，通常用热导率、热膨胀系数和抗热震性来表征。

1. 热导率

在固体材料中，热传导有两种方式。一种是由自由电子流动而实现，多数金属是属于这一类。另一种是靠晶格原子的热振动,非金属包括炭素材料在内属于晶格导热体。晶格热振动的原理是:在一定温度下，晶体中原子的热振动有一定振幅，一个原子振动就会对邻近原子施加周期性作用力，如果邻近原子处在较低温度，振动振幅相应较小，相互作用的结果发生能量转移，这样就使热量由热端向冷端传递。炭素材料的导热是靠晶格原子的热振动传热的晶格导热体。

炭素材料的热导率有以下列特点:

石墨的热导率呈现各向异性，因为在石墨晶体中晶格波主要沿晶格网平面传递的，而且在平面上还有π电子作用。

炭素材料的热导率热导率与石墨化度有密切关系，石墨化度愈高，则热导率愈高。因为在常温或低于常温时，晶格波平均自由程与微晶尺寸成正比，而且炭素材料的晶格缺陷也对晶格波平均自由程有影响。尽管炭材料和石墨材料的比热容相差不多，但热导率可以相差几倍至几十倍。石墨材料是一种良好的导热体,它的热导率可与一些金属媲美,但另一些炭素材料(如多孔炭、炭布、炭毡等)却为高温隔热体。

2、热膨胀系数

固体材料的长度随温度升高而增大的现象称为热膨胀或线膨胀。线膨胀系数直接影响着材料在高温下的使用性能，线膨胀系数越大的产品受热变形越大，开裂的可能性越大，热处理成品率就越低。当炭素材料用于工作温度高、变化幅度大，而要求材料尺寸无明显变化的场合时,α值就成为重要的质量指标之一。炭素材料的线热膨胀系数比金属小得多，而且石墨化程度愈高，线热膨胀系数愈小。炭素材料的线热膨胀系数具有明显的各向异性。

3、抗热震性

炭和石墨制品在高温下使用时能经受温度的剧烈变化而不被破坏的性能，称为抗热震性，有时也称耐急冷急热性或热稳定性。热膨胀性质的存在是制品在温度剧烈波动时破坏的根本原因，制品的表面由高温急剧冷却时，会因其收缩而产生张应力;反之，在制品表面经受急热时则会因其膨胀而产生剪切应力。当温度剧烈波动时，制品内部及表面产生了温度差，因而也就产生了应力(内部及表面的膨胀和收缩不同所引起的)。当应力达到了制品的极限抗张强度或极限抗剪切强度时，制品也就产生了开裂，这是温度急剧波动时制品遭受破坏的实质。