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    特種石墨的分類

    特種石墨的分類

    特種石墨的涵蓋范圍很廣,電炭制品行業、天然石墨制品行業和冶金用炭制品行業對此有不同的理解和分類方法,就冶金用炭制品行業的習慣分類解釋,特種石墨主要指高強度、高密度、高純度石墨制品(簡稱三高石墨)。三高石墨從材料組織結構上可以分為粗顆粒、細顆粒和特細顆粒結構三種;從成型方法上區分主要有模壓、擠壓和等靜壓成型特種石墨三類,此外、振動成型也可用于生產特種石墨。

    高品質的特種石墨——各向同性石墨是用等靜壓工藝生產的。按其主要用途分類有: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、導彈技術用特種石墨。

    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,機械電子工業也使用許多特種炭和石墨材料,如炭刷、炭石墨軸承、電力機車的饋電滑塊、拉制光纖用石墨模等,在本文中不再敘述。

    特種石墨主要品種

    電火花加工用石墨

    電火花加工是機械制造工業中的一種新型加工工藝,電火花加工可以對許多硬度較大的金屬進行加工,并可加工形狀復雜、精度要求較高的零部件,作為陽極的工具電極可以使用銅質材料,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、結構致密、組織均勻,不應當有粗顆粒料和大的氣孔;

    2、有較高的機械強度,又有良好的加工性能,能加工出復雜的形狀或銳角、薄片狀;

    3、石墨質工具電極,在電火花加工過程中有一定損耗,這種損耗應盡可能低;

    4、放電特性穩定,加工速度較快。

    因此電火花加工用石墨一般都采用細顆粒結構石墨或特細顆粒結構石墨,在物理性能上是各向同性。所以目前中國電火花加工石墨材料市場上用得較多的是細顆粒結構的各向同性石墨。

    模具石墨

    機械工業中的鑄造行業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,大到火車車輪,小到精密零件都可以使用石墨模具。石墨模具可多次重復使用,脫模后的鑄件具有較高的光潔度,有的無需進一步加工即可使用。用作鑄造模具的石墨材料應該是質地致密、熱膨脹系數較低、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顆粒結構的石墨。

    在模具石墨中以金屬連續鑄造石墨的質量要求嚴,要求其熱導率高,熱穩定性和耐熱沖擊性好,潤滑性好,不與熔融金屬浸潤,不與鑄造金屬反應,容易加工成尺寸精確的模具。

    合成金剛石用石墨

    工業上金剛石是重要的切割和研磨材料,但是天然開采的金剛石產量很少,且價格昂貴。石墨和金剛石同屬于碳元素,只是結晶形態不同,在高溫、高壓下石墨可轉化成金剛石結晶形態,早在1954年瑞典和美國相繼成功合成人造金剛石成功,中國也在20世紀60年代合成了人造金剛石,并在20世紀70年代生產出合成人造金剛石的專用石墨材料,形成了一定的生產規模,中國生產的合成金剛石專用石墨分為3類。

    高純石墨

    高純石墨一般指含碳量在99.99%以上的石墨,在組織結構上可分為粗顆粒結構、細顆粒結構和超細顆粒結構三類,高純石墨大量用于直拉單晶硅爐中。集成電路的基礎材料主要是硅單晶芯片,目前硅單晶的成長工藝主要采用直拉法,其他方法還有磁場直拉法、區域法以及雙坩堝拉晶法,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。

    高純石墨另一重要用途是加工成各類坩堝,用于生產貴金屬、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,可用于除碳元素以外的所有元素的光譜化學分析,光譜分析用石墨電極用擠壓方法成型。成品的雜質元素含量應不大于6*10-5。在光譜分析中制備標準樣品和用化學方法捕集雜質時需用光譜純炭粉或光譜純石墨粉,這兩種高純材料對雜質含量的要求都是在6*10-5;在某些用途方面,需要含碳量達到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。

    核能用石墨材料

    石墨是建造核反應堆使用的減速材料和反射材料之一,早期的反應堆都是石墨堆。作為結構材料使用的核反應堆用石墨在選用原料、工藝控制、成品檢驗上比石墨電極嚴格得多,也昂貴得多,核反應堆用石墨必需具備下列性能:對慢中子的吸收量小、高溫強度好、抗熱震性高、對快中子的減速性能好、在輻照下尺寸穩定、雜質含量極少。

    核石墨必需有較高的體積密度,因為石墨對快中子的減速作用是依靠快中子對碳原子的碰撞作用而實現的,單位體積內碳原子越多,減速效果越好,所以體積密度是核石墨的主要指標之一,體積密度也與石墨的氣孔率和滲透率直接有關,為了避免核燃料及載熱體的損失,要將氣孔率及滲透率降低到一定水平。

    各向同性石墨

    雖然國際上對各向同性石墨的定義有待于進一步明確,一般是測量產品直徑方向和長度方向的某些物理性能指標并計算其比值,有的用熱膨脹系數的比值表示,簡單的是以電阻率的比值表示,其異向比在1.0-1.1范圍內稱為各向同性產品,超過1.1稱為各向異性產品。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、不經煅燒的生石油焦、天然石墨等。


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