等静压石墨的制备工艺和应用

等静压石墨的制备工艺和应用

等静压石墨的生产工艺流程

等静压加工石墨的生产要经过原料的破碎、筛分、磨粉，粘接剂的熔化，以及配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化等工序的处理。

• 1.原料及破碎

  等静压石墨的生产原料为针状石油焦，针状石油焦硫含量低，灰分和挥发分低。由针状石油焦制出的石墨制品具有石墨化程度高、电阻小、表面润滑度高等特点, 提供超性能石墨电极产品信息了解。

  石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而制成的产品，其主要的元素碳占有80wt%以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素(Al, Fe, Ca, Mg, Si)等。原料石油焦的颗粒粒度较大需要先进行粉碎。生产细颗粒结构的三高石墨，大部分用0.075mm的粉料，一部分粉料用0.042mm或0.037mm的微粉；生产超细结构的石墨，粉子的粒度小于0.02mm或者更小，因此石油焦要使用气流粉碎机或其他生产超细颗粒的磨粉设备，细粉的分级比软困难，要使用比较特殊的技术。采用冶金常用的破碎设备和气流粉碎设备对其进行粉碎处理，以期获得粒度适合的石油焦粉。

  
  

• 2.配料及混捏

  将提纯后粒度合适的石油焦粉与粘结剂按照一定的比例进行混合，在混捏设备中进行足够混匀。常用的粘结剂为煤焦油、沥青或者树脂。在整个等静压石墨的生产过程中，混捏是一个相当关键的工艺，它直接关系到后续石墨的成品率。沥青中的有 机 物和挥发份等对石墨产品的成品率影响较大。为了获倡比较高的成品率，需要严格控制混捏设备的升降温度程序与混捏时间。

  炭素工业常用的混捏设备有双轴混捏机、单轴混捏机、逆流高速混捏机，特种石墨制备采用逆流高速混捏机。此外，混捏后的糊料需要经轧片工艺处理，糊料经炼胶机轧成1~3mm薄片(1~2次轧片)，使得粘结剂与焦粉更加有效的进行结合。糊料经轧片后用全能粉碎机磨成糊料粉供等静压成型使用。

  
  

• 3.成型

  等静压加工石墨的生产采用冷等静压成型。经过冷等静压设备成型后的石墨样品需要经过多次的焙烧和浸渍。焙烧的目的是使得石墨中的粘结剂中的挥发份逸出。而浸渍则是为了保持石墨的紧密性，一般的浸渍剂是各种树脂或沥青。冷等静压成型的石墨样品需要经过多次焙烧和浸渍来达到特种石墨产品的要求。

  目前，国内有生产冷等静压和热等静压设备的厂家，生产的设备可满足特种石墨成型的要求。

   

• 4.焙烧、浸渍

  对于要求较高体积密度的石墨制品来说，焙烧的过程中容易产生裂纹废品，因此要用较为缓慢的升温曲线;对于较小尺寸石墨产品的焙烧，可以用耐热材料做成方形或圆形的容器，然后将生制品放在容器中并加入填充料隔离和覆盖，再装到焙烧炉中来进行焙烧。浸渍的关键在于浸透，高密度石墨制品要经2~4次浸渍，每次浸渍后均需要焙烧一次;对于浸渍来说，应该正确地选择浸渍剂的软化点(关系到浸渍剂的粘度)，还要控制好焙烧品浸渍前的预热温度及浸渍罐的温度、压力、真空度、加压时间等工艺参数，以达到良好的浸溃作用。

  反复浸渍焙烧工艺处理周期长，一般在2~3个月左右，对设备的使用周期提出了较高的要求，同时也增加了人力和物力的投入，经济效益较差。

   

• 5.石墨化和提纯处理

  炭素焙烧后的产品需要经过2000~3000℃的高温热处理，才能够转化为石墨化后的制品。炭质制品与石墨制品的主要区别是:炭质制品微观结构的碳原子晶格是乱层结构，而石墨化后碳原子为三维有序的层状结构。等静压石墨的石墨化处理是在石墨化炉内进行的。此外，在石墨化过程中通入氯气和氟利昂气体，使杂质元素形成氯化物和氟化物挥发逸出，以达到提纯的目的。

等静压石墨的应用

• 1.太阳能电池及半导体晶片领域
  

  在太阳能、半导体行业中，大量使用等静压石墨，制作单晶直拉炉热场石墨部件，多晶硅熔铸炉用加热器，化合物半导体制造用加热器、坩埚等部件。近年来，太阳能光伏发电发展迅猛，光伏产业中的单晶硅和多晶硅生产对石墨需求量极大。目前，单晶、多晶硅产品均朝大型化、高端化发展，对等静压石墨也有了更高的要求，即：更大规格、更高强度、更高纯度。

  
  

• 2.核领域

  等静压石墨具有中等的力学性能，特别出色的高温力学性能，导热系数大，线膨胀系数低。在高温气冷堆中，主要用作反射剂、慢化剂及活性区结构材料，同核燃料一道构成核燃料组件。在400~1200℃的温度下，受高能γ射线和快中子的放射线，时间长达数年之久，容易造成辐照损伤，从而改变石墨的结构和性质，所以要求材料的石墨化度高、各向同性度好、组成均一、弹性模量低。

  
  

• 3.电极领域

  石墨无熔点，是电的良导体，抗热震性好，是优良的电火花加工电极材料普通石墨材料，为粗颗粒结构低密度各向异性石墨，不能满足电火花加工的需求，而等静压石墨电极结构均匀、致密、加工精度高，可以满足这方面的要求。

  
  

• 4.连续铸造结晶器及模具石墨

  要用于连续铸造结晶器与超硬材料生产用能耐高温、高压的模具材料。等静压石墨由于它的微粒子结构、较高的机械强度、均匀的热传导，使连铸与模压的产品表面光滑，内在质量高，使用周期长，是结晶器的优良材料。而且对于大型烧结材料，模具壁的厚度应尽可能薄，必须使用强度很高的细结构各向同性石墨。

   

• 5.其他用途

  在炭刷、机械密封、触轮的集电板等处使用，要求加工精度的同时，高润滑性和高导电性是极其重要的。等静压石墨还用于制作金刚石工具和硬质合金的烧结模具，光纤拉丝机的热场部件( 加热器、保温筒等) ，真空热处理炉的热场部件 ( 加热器、承载框等) ，以及精密石墨热交换器、机械密封部件、活塞环、轴承、火箭喷嘴等。

  
  

发展方向

等静压石墨是新型石墨材料，是石墨材料中的精品，由于具有一系列优良特性，它必然会与高新技术、国防高端技术紧密相联，成为21世纪极其有价值的新材料之一。随着经济发展，静压石墨的国内国外市场容量与日俱增，发展潜力极大。正因如此，目前国内正兴起一股等静压石墨生产热，一些以生产模压石墨为主的炭素生产企业看中这块“大蛋糕”，陆续上马等静压设备，挤身等静压石墨生产行列中来，竞争将不可避免进入白热化状态，竞争的对手包括国外同行。

在激烈的市场竞争中，国内等静压石墨生产企业的立足之本和出路是：将产品升级换代，朝大规格、细结构（超细结构）、高强度、高纯度、多功能方向发展，顺应光伏产业、机械制造、核能利用各行业发展趋势，为中国国民经济的发展更好地服务。

中国已经成为全球的“制造大工厂”，而且科学技术的发展带来了新的工业改革，等静压石墨材料及制品的广阔应用领域给等静压石墨产业带来了勃勃生机。当前，由于经济危机的爆发，国外炭素产业受到了较严重的影响，于是他们增加了对中国的销售力度。当前中国约能消耗全球等静压石墨产品的1/4,是全球上大规模等静压石墨产品市场之一，等静压石墨产业将迎来发展的新阶段, 更多石墨生产工艺指导详询我们。