特種石墨的分類(lèi)
特種石墨的涵蓋范圍很廣，電炭制品行業(yè)、天然石墨制品行業(yè)和冶金用炭制品行業(yè)對(duì)此有不同的理解和分類(lèi)方法，就冶金用炭制品行業(yè)的習(xí)慣分類(lèi)解釋?zhuān)胤N石墨主要指高強(qiáng)度、高密度、高純度石墨制品（簡(jiǎn)稱(chēng)三高石墨）。三高石墨從材料組織結(jié)構(gòu)上可以分為粗顆粒、細(xì)顆粒和特細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)三種；從成型方法上區(qū)分主要有模壓、擠壓和等靜壓成型特種石墨三類(lèi)，此外，振動(dòng)成型也可用于生產(chǎn)特種石墨。高品質(zhì)的特種石墨———各向同性石墨是用等
靜壓工藝生產(chǎn)的。按其主要用途分類(lèi)有：電火花加工用特種石墨；制作鑄造模具用特種石墨；鋼鐵或銅、鋁連續(xù)鑄造用特種石墨；直拉單晶硅爐用或冶煉貴金屬、高純材料使用的高純石墨；合成人造金剛石用石墨；火箭、導(dǎo)彈技術(shù)用特種石墨。廣義的特種石墨還包括熱解炭" 熱解石墨# 、生物工程用炭材料、玻璃炭、多孔炭和多孔石墨、石墨層間化合物（如柔性石墨、氟化石墨）、激光器用石墨等多種，機(jī)械電子工業(yè)也使用許多特種炭和石墨材料，如炭刷、炭石墨軸承、電力機(jī)車(chē)的饋電滑塊、拉制光纖用石墨模等。
特種石墨主要品種
電火花加工用石墨
電火花加工是機(jī)械制造工業(yè)中的一種新型加工工藝，電火花加工可以對(duì)許多硬度較大的金屬進(jìn)行加工，并可加工形狀復(fù)雜、精度要求較高的零部件，作為陽(yáng)極的工具電極可以使用銅質(zhì)材料，也可使用石墨材料。用作電火花加工的工具電極的石墨材料必須具備下列條件：
（1）結(jié)構(gòu)致密、組織均勻，不應(yīng)當(dāng)有粗顆粒料和大的氣孔；
（2）有較高的機(jī)械強(qiáng)度，又有良好的加工性能，能加工出復(fù)雜的形狀或銳角、薄片狀；
（3）石墨質(zhì)工具電極，在電火花加工過(guò)程中有一定損耗，這種損耗應(yīng)盡可能低；
（4）放電特性穩(wěn)定，加工速度較快。因此電火花加工用石墨一般都采用細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨或特細(xì)顆 粒結(jié)構(gòu)石墨，在物理性能上最好是各向同性。所以目前中國(guó)電火花加工石墨材料市場(chǎng)上用得較多的是細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的各向同性石墨。
2005年國(guó)內(nèi)需要電火花加工石墨估計(jì)為4000T，其中使用高檔石墨約占25%，使用中低檔石墨約占75%。今后可能以10%的年增漲幅度上升。使用進(jìn)口高檔石墨（主要是等靜壓成型的各向同性石墨）約占全部用量的10%。國(guó)外電火花加工用各向同性石墨的品種較多，可分別用于粗加工、半精加工、精加工、精細(xì)加工、超精細(xì)加工和精密加工（線(xiàn)切割等模具的加工）。
模具石墨
機(jī)械工業(yè)中的鑄造行業(yè)大量使用石墨材料作為加壓鑄造、離心鑄造、超硬合金的熱擠壓等加工的模具，大到火車(chē)車(chē)輪，小到精密零件都可以使用石墨模具。石墨模具可多次重復(fù)使用，脫模后的鑄件具有較高的光潔度，有的無(wú)需進(jìn)一步加工即可使用。用作鑄造模具的石墨材料應(yīng)該是質(zhì)地致密、熱膨脹系數(shù)較低、抗氧化性能較好的石墨，用于鑄造尺寸較大的鑄件的石墨可以用較粗的粒度組成，而用于鑄造小型精密零件的石墨必須使用細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的石墨。中國(guó)用于制造模具的石墨數(shù)量較大，2005 年連續(xù)鑄造用石墨約1500t、燒結(jié)模用石墨估計(jì)需要4000t。表4為吉炭集團(tuán)上海炭素廠(chǎng)生產(chǎn)的細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨的規(guī)格和技術(shù)性能。
在模具石墨中以金屬連續(xù)鑄造石墨的質(zhì)量要求最嚴(yán)，要求其熱導(dǎo)率高，熱穩(wěn)定性和耐熱沖擊性好，潤(rùn)滑性好，不與熔融金屬浸潤(rùn)，不與鑄造金屬反應(yīng)，容易加工成尺寸精確的模具。連續(xù)鑄造石墨的特性一般如下：體積密度1.7-1.9g/cm3，抗折強(qiáng)度30-40MPa，抗拉強(qiáng)度20-30MPa，熱導(dǎo)率100 < 130 W/(m • K)。
縱形角板為 1260 mm X 200 mm X 280 mm ;橫形板材為1000 mm X 70 mm X 240 mm ;鑄造 速度根據(jù)鑄板的尺寸不同而異，取值范圍為0. 7 ~4 m/min。冷模壓細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨或等靜壓成型的細(xì) 顆粒結(jié)構(gòu)石墨都可以加工成金屬連續(xù)鑄造用石墨件。
  合成金剛石用石墨
工業(yè)上金剛石是重要的切割和研磨材料，但是天然開(kāi)采的金剛石產(chǎn)量很少，且價(jià)格昂貴。石墨和金剛石同屬于碳元素，只是結(jié)晶形態(tài)不同，在高溫、高壓下石墨可轉(zhuǎn)化成金剛石結(jié)晶形態(tài)，早在1954年瑞典和美國(guó)相繼成功合成人造金剛石成功，中國(guó)也在20世紀(jì)60年代合成了人造金剛石，并在20世紀(jì)70年代生產(chǎn)出合成人造金剛石的專(zhuān)用石墨材料，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，2006年估計(jì)合成金剛石需要專(zhuān)用石墨材料1500t左右。中國(guó)生產(chǎn)的合成金剛石專(zhuān)用石墨分為3類(lèi),特點(diǎn)及用途見(jiàn)表8。
高純石墨
高純石墨一般指含碳量在99. 99%以上的石 墨，在組織結(jié)構(gòu)上可分為粗顆粒結(jié)構(gòu)、細(xì)顆粒結(jié)構(gòu) 和超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)三類(lèi)，高純石墨大量用于直拉單晶 硅爐中。集成電路的基礎(chǔ)材料主要是硅單晶芯片， 目前硅單晶的成長(zhǎng)工藝主要采用直拉（CZ)法，其他 方法還有磁場(chǎng)直拉法（MCZ)、區(qū)域（FZ)法以及雙坩堝拉晶法，全球電子工業(yè)用直拉單晶硅約占單晶硅 總用量的80% ,直拉單晶硅爐中的石墨件是消耗品，采用高純石墨材料加工成直拉單晶硅爐的加熱系統(tǒng)。2005年中國(guó)需要直拉硅單晶爐用 石墨約800 t。
高純石墨另一重要用途是加工成各類(lèi)?ài)釄?，?于生產(chǎn)貴金屬、稀有金屬或高純金屬、非金屬材料。光 譜分析用石墨電極也是一種高純石墨，可用于除碳素以外的所有元素的光譜化學(xué)分析,光譜分析用石墨 電極用擠壓方法成型。成品的雜質(zhì)元素含量應(yīng)不大于6*10-5在光譜分析中制備標(biāo)準(zhǔn)樣品和用化學(xué)方法捕集雜質(zhì)時(shí)需用光譜純炭粉或光譜純石墨粉，這兩種 高純材料對(duì)雜質(zhì)含量的要求都是在6 *10- 5 ；在某些 用途方面，需要含碳量達(dá)到99.9995%,總灰分含量 小于5 *10-6。高純石墨的成型方法有擠壓成型、模壓 成型及等靜壓成型三種。表9為中國(guó)生產(chǎn)的高純石 墨產(chǎn)品理化性能指標(biāo)舉例，表10為中國(guó)光譜分析 用高純石墨電極產(chǎn)品理化性能舉例。
核能用石墨材料
石墨是建造核反應(yīng)堆使用的減速材料和反射材料之一，早期的反應(yīng)堆都是石墨堆。作為結(jié)構(gòu)材料使用的核反應(yīng)堆用石墨在選用原料、工藝控制、成品檢驗(yàn)上比石墨電極嚴(yán)格得多，也昂貴得多，核反應(yīng)堆用石墨必需具備下列性能：對(duì)慢中子的吸收量小、高溫強(qiáng)度好、抗熱震性高、對(duì)快中子的減速性能好、在輻照下尺寸穩(wěn)定、雜質(zhì)含量極少。硼、鎘等易于吸收中子的元素要嚴(yán)格控制其含量，
核石墨必需有較高的體積密度M 因?yàn)槭珜?duì)快中子的減速作用是依靠快中子對(duì)碳原子的碰撞作用而實(shí)現(xiàn)的M 單位體積內(nèi)碳原子越多M 減速效果越好M所以體積密度是核石墨的主要指標(biāo)之一M 體積密度也與石墨的氣孔率和滲透率直接有關(guān)M 為了避免核燃料及載熱體的損失M 要將氣孔率及滲透率降低到一定水平。石墨的機(jī)械強(qiáng)度也與其體積密度有關(guān)，一般石墨堆使用的核石墨的體積密度在1.7-1.75g/cm3。國(guó)外一般核石墨的物理指標(biāo)舉例如表05。
用于發(fā)電的核反應(yīng)堆目前主要是不需要用石墨的壓水堆，但專(zhuān)家預(yù)計(jì)高溫氣冷堆很有發(fā)展前途，高溫氣冷堆則需要大量的高級(jí)石墨材料9 在高溫氣冷堆中由于用氦氣作為冷卻劑，用炭素及陶瓷材料作為燃料的包覆材料，用石墨或炭質(zhì)材料作為減速材料和爐芯結(jié)構(gòu)材料，可以把接近( --- 5的高溫氣體導(dǎo)出反應(yīng)堆外作為能源使用。國(guó)際上已經(jīng)建立了多座開(kāi)發(fā)研究用高溫氣冷堆，所用的石墨材料性能詳見(jiàn)表。
各向同性石墨
雖然國(guó)際上對(duì)各向同性石墨的定義有待于進(jìn)一步明確，一般是測(cè)量產(chǎn)品直徑方向和長(zhǎng)度方向的某些物理性能指標(biāo)并計(jì)算其比值，有的用熱膨脹系數(shù)的比值表示，最簡(jiǎn)單的是以電阻率的比值表示，其異向比在1.0~1.1范圍內(nèi)稱(chēng)為各向同性 產(chǎn)品，超過(guò)1.1稱(chēng)為各向異性產(chǎn)品。日本等工業(yè)技 術(shù)先進(jìn)國(guó)家用等靜壓成型方法生產(chǎn)的大型各向同 性石墨直徑達(dá)1.5 m，長(zhǎng)度達(dá)3 %，體積密度達(dá)到 1.95-2.0 g/cm3，各向異性比縮小到1.05。制造 各向同性石墨除使用一般石油焦外，還使用改性 瀝青焦、天然瀝青焦、氧化石油焦、不經(jīng)煅燒的生石油焦、天然石墨等。
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