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)的習慣分類(lèi)解釋?zhuān)胤N石墨主要指高強度、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(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(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
電火花加工是機械制造工業(yè)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(jìn)行加工，并可加工形狀復雜、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(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，在物理性能上最好是各向同性。所以目前中國電火花加工石墨材料市場(chǎng)上用得較多的是細顆粒結構的各向同性石墨。
2005年國內需要電火花加工石墨估計為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、精細加工、超精細加工和精密加工（線(xiàn)切割等模具的加工）。
模具石墨
機械工業(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該是質(zhì)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。中國用于制造模具的石墨數量較大，2005 年連續鑄造用石墨約1500t、燒結模用石墨估計需要4000t。表4為吉炭集團上海炭素廠(chǎng)生產(chǎn)的細顆粒結構石墨的規格和技術(shù)性能。
在模具石墨中以金屬連續鑄造石墨的質(zhì)量要求最嚴，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。連續鑄造石墨的特性一般如下：體積密度1.7-1.9g/cm3，抗折強度30-40MPa，抗拉強度20-30MPa，熱導率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 速度根據鑄板的尺寸不同而異，取值范圍為0. 7 ~4 m/min。冷模壓細顆粒結構石墨或等靜壓成型的細 顆粒結構石墨都可以加工成金屬連續鑄造用石墨件。
  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，只是結晶形態(tài)不同，在高溫、高壓下石墨可轉化成金剛石結晶形態(tài)，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(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)規模，2006年估計合成金剛石需要專(zhuān)用石墨材料1500t左右。中國生產(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，在組織結構上可分為粗顆粒結構、細顆粒結構 和超細顆粒結構三類(lèi)，高純石墨大量用于直拉單晶 硅爐中。集成電路的基礎材料主要是硅單晶芯片， 目前硅單晶的成長(cháng)工藝主要采用直拉（CZ)法，其他 方法還有磁場(chǎng)直拉法（MCZ)、區域（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。2005年中國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)元素含量應不大于6*10-5在光譜分析中制備標準樣品和用化學(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為中國生產(chǎn)的高純石 墨產(chǎn)品理化性能指標舉例，表10為中國光譜分析 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(zhì)含量極少。硼、鎘等易于吸收中子的元素要嚴格控制其含量，
核石墨必需有較高的體積密度M 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(shí)現的M 單位體積內碳原子越多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。石墨的機械強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。國外一般核石墨的物理指標舉例如表05。
用于發(fā)電的核反應堆目前主要是不需要用石墨的壓水堆，但專(zhuān)家預計高溫氣冷堆很有發(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構材料，可以把接近( --- 5的高溫氣體導出反應堆外作為能源使用。國際上已經(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
雖然國際上對各向同性石墨的定義有待于進(jìn)一步明確，一般是測量產(chǎn)品直徑方向和長(cháng)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，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)國家用等靜壓成型方法生產(chǎn)的大型各向同 性石墨直徑達1.5 m，長(cháng)度達3 %，體積密度達到 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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