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国产、进口等静压石墨材料

  邦内等静压石墨讨论与坐褥近况和发达趋向_纺织/轻工业_工程科技_专业材料。邦内等静压石墨讨论与坐褥近况和发达趋向 摘要: 以冷等静压成型时间坐褥的等静压石墨是新型石墨质料, 因为等静压石墨具有一系列优异特质, 它势必会与高新时间、 邦防尖端时间严紧相联,成为 21 世纪最有

  邦内等静压石墨讨论与坐褥近况和发达趋向 摘要: 以冷等静压成型时间坐褥的等静压石墨是新型石墨质料, 因为等静压石墨具有一系列优异特质, 它势必会与高新时间、 邦防尖端时间严紧相联,成为 21 世纪最有价格的新质料之一,随科技发展与经济发达,静压石墨的邦内邦际市集容量与日 俱增,发达潜力宏伟,正因这样,少许以坐褥模压石墨为主的炭素坐褥企业持续上等静压筑筑,目前邦内正兴盛等静压石墨 坐褥热。本文涉及的重心有:等静压石墨质料坐褥的特征,质料特质,用处以及研制近况和发达趋向。 一、合于等静压的几个观点 1、等静压与等静压成型: 等静压:是指正在各个宗旨上对过程密封的物料同时施加相称的压力形态; 等静压成型:是将待压物料过程密封后置于高压容器中,愚弄液体介质不成压缩的本质和均 匀通报压力的本质从各个宗旨对物料举办平均加压, 当液体介质通过压力泵注入压力容器时, 依照流体力学道理,其压壮大小褂讪且平均地通报到各个宗旨,以是高压容器中的粉料正在各 个宗旨上受到的压力是平均的和巨细类似的。采用上述形式使粉料致密成坯体的形式称为等 静压成型。等静压成型按成型时温度划分,还可分成冷等静压、温等静压和热等静压,等静 压石墨的坐褥众人采用冷等静压,唯有极少数采用热等静压坐褥工艺。如:神州 6 号遁逸装 置上的石墨质料便是采用热等静压时间坐褥的,价格高达 2 万元/kg,民用等静压石墨质料一 般采用冷等静压时间坐褥。 2、等静压石墨:等静压石墨是指采用等静压成型形式坐褥的石墨质料。等静压石墨因为成 型经过中通过液体压强平均褂讪施压,制得的石墨质料本质优异,具有:成型规格大;坯料 机合组织平均;密度高,强度高;各向同性(特质与尺寸、样式、取样宗旨无合)等好处, 以是等静压石墨也称为“各向同性”石墨。各向同性石墨的界说:是死板机能、电气机能和 热机能等静态特质具有各向同性,异向比为 1~1.1 的人制石墨。 二、等静压石墨的特征 1、等静压石墨坐褥特征 ① 液体加压,成型压力高,可能压制大尺寸成品 压制粉料用橡胶或塑料分开,密封后安放于液体中加压,成品外外正在平均受压的条款下平均 退缩,生坯密度大。成型大,压力可达 160~200Mpa,压缩强度高,以是,可压制大规格成品。 ② 因为可抉择保压功夫以及限定泄压速率,开释压力后成品弹性后效小,使压制超细结 构产物成为实际,而不会因弹性后效太大展示冷模压展示的成品因弹性后效大而压型坯开裂 外象。 ③ 可能压制异造成品: 可改良模具样式直接压制成异形坯,海外炭素坐褥企业,如:日本东海、日本揖斐电等 1 公司已将该工艺形式用于等静压石墨坐褥,并得到较好结果,邦内企业目前尚处于试制阶段。 2、等静压石墨质料的特征 等静压石墨坐褥的特征决断了等静压石墨质料具有以下的特征: 各向同性好,特质与尺 寸、样式、取样宗旨无合;质料机合组织致密,成品外外硬度高、死板强度高;质料抗热震 机能好,正在急冷急热工况条款下不易开裂; 耐高温,比用其他形式坐褥的石墨质料抗氧化性 能强。 三、等静压石墨的行使范畴(用处) 等静压石墨的行使范畴(用处) 等静压石墨质料合键行使于:电子及太阳能光伏家当、死板创制、石油化工、金属连铸、 硬质合金、玻璃创制、生物医疗、航空航天、以及核能工作、军事工业等行业和范畴等。用 途寻常,行使范畴还处于一向拓展之中,等静压石墨质料是 21 世纪最有价格的新质料之一。 四、海外等静压石墨坐褥厂家 1、美邦:美邦事寰宇上最早从事各向同性石墨讨论和坐褥的邦度,目前,正在美邦坐褥筹划 各向同性石墨的合键企业有: 步高(POCO)石墨公司、尤卡炭素公司、大湖炭素公司、斯塔克浦尔炭素公司、圣玛利工场 (圣玛利工场已被法邦罗兰炭素公司吞并),个中步高石墨公司是寰宇最早冲破等静压成型 时间难合,以众种类电火花加工用石墨,能均匀颗粒度为 1μm 超细组织等静压石墨而著名于 世;尤卡炭素、大湖炭素公司、 斯塔克浦尔炭素公司产物正在邦际上享有盛名,中邦市集相对 较少。 2、德邦:德邦西格里碳素集团(收购了林斯道夫炭素后改名为“西格里集团(SGL)”) 和逊克炭素公司是德邦从事等静压(各向同性)石墨开垦和坐褥的合键企业。西格里集团产 品,除等静压石墨外,又有挤压成型、模压成型成品,产物寻常用于光伏家当、电火花加工、 金属连铸等稠密行业,产物涉及行业及范畴最广,正在中邦市集影响力很大。 3、法邦:法邦罗兰炭素公司正在邦际上居领先位子的是石墨换热器产物,其基体也是采用等 静压石墨质料。收购美邦圣玛利工场后等静压石墨质料行使方面得到较精彩的拓展。2000 年 前后正在中邦寻求协作伙伴,结尾正在重庆制造重庆罗兰特种石墨有限公司,该公司于 2007 年 10 月投产, 产能为 4000 吨/年,其产物谋略 70%出口,30%发售于中邦市集。重庆罗兰特种 石墨有限公司没有筑压粉制制工序,而采用从海外直接运压粉正在重庆厂成型形式,(合键是 为了保密)。因为该厂一期工程中未筑浸渍工序,成型坯料经一次焙烧后直接举办石墨化加 工,于是与该公司产物密度和强度上难以到达前辈秤谌,但可是程浸渍再焙烧的一焙品直接 经石墨化工序加工后其体积密度就能到达 1.76g/cm3 操纵的时间,值得邦内等静压石墨坐褥 企业研习讨论。 2 4、俄罗斯、波兰:两个邦度等静压石墨研制秤谌相当,后者研制功夫大约晚了 20 年,由 于参加不敷,产物德地秤谌,远落正在:美、德、法、日以及中邦等邦后面,尚处于研制完整 阶段。正规赌博平台大全 5、日本:日本很珍重等静压石墨研制。 目前,日本等静压石墨正在产量、质地、种类、规 格以及拓展应方面均到达了寰宇前辈秤谌, 合键发挥正在: 从事等静压石墨研制的企业最众: 东 洋炭素有限公司、东瀛碳(卡朋)公司(1992 年已被东海炭素有限公司吞并)、东海碳素有 限公司、新日本科技炭素有限公司、揖斐川电气工业有限公司、东北协和炭素有限公司、东 芝陶瓷公司、日立化成工业有限公司和昭和电极公司等。产物种类最众:等静压墨种类超越 100 种;产物规格最大:这几家公司都具备了坐褥Φ1000mm 或超越Φ1000mm 才气。行使范畴 最广:日本的等静压石墨不光行使于半导体、太阳能、冶金、死板加工、原子能等工业,还 实行行使到生物工程与电机创制等范畴。总产量最高: 1995 年~1996 年统计日本年坐褥等 静压石墨才气约为 1.3 万吨。2008 年日本各公司等静压石墨质料总产能达 3 万吨/年操纵, 增进速率迅猛。 五、邦内等静压石墨环境 1、邦内等静压石墨(各向同性石墨)研制环境 60 年代初我邦先导了等静压时间的讨论, 对碳、石墨等众种粉末举办了试制讨论职责。 60 年代中期,用邦产以及从海外引进了小型冷等静压机,测验行使范畴进一步夸大,试 制职责合键正在科研院所举办,没造成批量坐褥才气。70 年代末和 80 年代中邦的炭素坐褥企 业:吉林炭素厂、东新电碳厂、哈尔滨电碳厂、上海碳素厂划分添置了冷等静压机用于炭素 质料试制,成为邦内最先测验坐褥等静压石墨的首批企业。 西安 43 所和北京 703 所为邦防 军工企业,具备冷等静压机外还筑设了热等静压机,所研制石墨质料合键行使于与航天、航 空等邦防相合的范畴,未介入大规格高纯、高密、高强石墨质料研制,仅正在外面进步行过一 些商量,未介入市集的比赛。 2、邦内合键的等静压石墨质料坐褥企业 据发端统计,目前邦内涉及等静压石墨研制和坐褥的企业约有: 能自立坐褥的企业(9 家): 成都炭素有限负担公司;方大炭素新质料科技股份有限公 司;四川林凤控股股份有限公司;哈尔滨电碳有限负担公司;中钢集团吉林炭素有限负担公 司;中钢集团上海碳素厂;河南省特种热工炉材有限公司 ;平顶山天宝碳素创制有限公司; 汶川科信电碳有限负担公司;(汶川科信电碳有限负担公司仅有石墨化工序其他工序均为租 赁筑筑坐褥); 以上 9 家公司中,以成都炭素有限负担公司产物产量和规格种类最众,成都 炭素 1994 年装配由川西机械厂创制,型号为 LDJ83-1250 冷等静压机,其职责缸规格为 830 3 ×1250mm,职责压力为 200MPa。同年举办等静压石墨质料研发职责。产物定位为:大规格、 细组织各向同性等静压石墨质料,产物面向电子、冶金、死板创制、化工、核能及军工行业。 筹划谋略以坐褥石墨坯料为主,同时承接少量的非标石墨成品加工交易。通过十来年的坐褥 实施搜求,具备了大量量向邦外里市集供应等静压石墨质料和成品的才气。企业环绕光伏产 业的特征,依照单晶炉热场的特质,针对性的讨论开垦了热场用石墨系列产物。用于光伏产 业的石墨质料合键通过邦外里石墨成品加工企业加工成单晶炉、众晶炉热场套件或部件辐射 行使于众晶硅、单晶硅坐褥行业,个中以单晶硅热场中石墨套件或零部件为主。还研制了核 石墨和超细组织用于电火花加工用石墨。合键产物规格有:圆造成品:Φ500×600mm,Φ560 ×430mm,Φ600×650mm ;方型成品:4002×400mm,4002×500mm,4002×600mm 1000×500 ×260mm 为了适合日益增进的市集需求,成都炭素复活产线 年开筑,新增冷等静压机 一台,型号为:LDJ83-1250-200YS;职责缸规格Φ1250×3200mm;职责压力为 200MPa。复活 产线 月底投产,具备了坐褥更大尺寸细组织等静石墨质料的才气。可坐褥的圆 型成品系列以及最大方型成品规格如下: 圆型成品系列:Φ650×650mm,Φ700×690mm,Φ 760×700mm,Φ810×700mm,Φ860×700mm,Φ920×700mm 最大方型成品:1300×600× 600mm 成都炭素过程众年的坐褥实施, 搜求出一套具有一律自立常识产权的等静压石墨材 料坐褥主旨时间,所坐褥石墨质料属邦内前辈秤谌:层次最高、规格最众、尺寸最大、产量 最大,近几年等静压石墨发达速率迅猛,成为邦内最大的等静压石墨创制企业,扩筑后总产 能为:5000 吨/年。 邦内合键坐褥企业等静压石墨时间目标祥睹:附外 1 和附外 2。 另外,租筑筑试制过等静压石墨企业( 7 家): 宝丰县洁石碳素质料有限公司、青岛西特 碳素有限公司、邢台弛宇电碳有限负担公司、河南省巩义碳素股份有限公司、成城市龙泉曙 光电碳成品厂、成都中超碳素科技有限公司、宁波杉杉特种炭素质料有限公司; 正在筑以及筹筑等静压石墨的企业(5 家,共 6 台等静压机):个中:中钢集团上海新型石 墨质料有限公司 2 台;其余公司各 1 台:辽宁邦瑞集团;仕达炭素集团;雅安恒圣高纯石墨 科技有限负担公司;河南宝丰县五星石墨有限公司。(个中,河南宝丰县五星石墨有限公司 是宝丰县洁石碳素质料有限公司分辨出来的新公司) 邦内等静压机坐褥企业拥环境睹外 1 六、等静压石墨研发宗旨 邦内等静压石墨研发的宗旨是什么?应成为介入比赛者最先要思量的课题,笔者以为: 等静压石墨质料研制的宗旨和行使范畴的需求发达趋向相类似的,研发种类应与市集需求同 步。 4 1、太阳能电池及半导体晶片用石墨: 光伏家当用石墨质料:因为等静压石墨质料的具备高强、高密、各向同性好,制成的石 墨部件正在行使经过中受热、加热都较平均,同时因为质料的密度平均也许有用的减小质料受 急冷急热而爆发的内应力(抗热震机能好),故可大大延迟筑筑或用具的行使寿命周期,所 以正在半导体、太阳能行业中,巨额用等静压石墨(各向同性石墨),制制 Cz 型单晶直拉炉热 场石墨部件(坩埚、加热器、导流筒、保温罩等);众晶硅熔铸炉用加热器、;化合物半导 体创制用加热器、坩埚、等部件。等静压石墨属于石墨质料中的精品,具有其他泛泛石墨不 具备的优异机能,是众晶硅、单晶硅创制业热场中耐热质料的首选根柢性质料。太阳能光伏 发电发达迅猛,近 10 年来,环球太阳能光伏家当均匀年增进率为 41.3%固然 2009 年资历了 经济垂危的袭扰,环球太能家当还是连结了 30%以上的增进,哥本哈根天气论坛后,会有更 大的发达空间,估计 2010 年先导环球太阳能市集会有年均 50%~60%的规复性增进,中邦作 为环球最大的太阳能光伏坐褥邦,其份额到达环球的 70%,行业正在 2009 年破费的高级石墨材 料到达 5000 众吨, 估计此后每年的等静压石墨质料的需求量将以均匀以 25~30%的速率增进, 光伏家当中的单晶硅和众晶硅坐褥对石墨需求量宏伟。明净能源的发达,市集的需乞降计谋 面的救援,是行业发达的最有利条款。大尺寸、高纯度、高密度、高强度、等静压(各向同 性)石墨质料是电子和光伏家当发达须要,“十二五光阴”将是邦内等静压石墨创制企业发 展的最好机缘。 目前,单晶尺寸向大规格化发达,前几年风行的 18 寸炉正在 2010~2011 年中 20 寸炉连忙 代替,并有朝更大规格发达的趋向;众晶硅也朝大型化发达,此外,众晶硅准入细则仍正在讨 论之中,高端产物是发达宗旨。光伏家当产物的大型化和高规格化,决断了对石墨有更高的 恳求,即:更大规格、更高强度、更高纯度; 2、电火花加工(EDM)用石墨 与铜电极比石墨电极的好处: 石墨的比重是铜的 1/5,一概体积石墨的重量相对铜要轻 5 倍。便于创制大型模具;石墨加工速率疾,普通比泛泛金属疾 3~5 倍,可节减刀具的磨损 和电极的损耗;石墨熔点高且易不会变形,无须顾虑因加工温渡过高爆发变形而使工件受到 损坏;石墨正在加工完工后普通不必再举办掷光解决。节减了差错和缩短了坐褥周期。石墨的 电火葬加工速率疾而损耗小,只须配合好合理的加工参数,石墨电极可能做到外面意思上的 零损耗,节减电极反复加工的次数。正因石墨质料较铜质料存正在上述好处,目前,很众模具 厂现正转换为石墨加工,以缩短产物的交货期以加强正在市集上的比赛力。 欧洲目前的电火葬加 工用石墨和铜的比例 8:2,而中邦市集为 3:7,随铜价上升以实时间发展,行使石墨的比例将 络续减少,以是,我邦电火花加工用石墨愚弄发达空间极大。 5 “十五”光阴模具市集需求很旺,前景很好。正在目前模具已成为不少行业发达瓶颈的情 况下,如要较好地餍足邦民经济各部分发达所需,“十五”光阴模具的产出每年有 15%操纵 的增进,随死板创制业筑筑升级换代和创制时间秤谌的升高,模具产物发达将向严谨、大型、 杂乱、龟龄命宗旨发达,众成效复合模具将进一步发达,以是,恳求石墨质料正在“规格上大 型化,构成粒度上颗粒超细化,行使上抗折才气加倍强”。 3、高温气冷堆堆芯组织石墨质料: “高温气冷堆”是清华大学核能与新能源时间讨论院自立研发的具有一律自立常识产权 的,处于邦际领先秤谌的第四代核反响堆。高温气冷堆项目仍旧被邦度列为“邦度级的巨大 专项”, 正在筑筑中“华能山东石岛湾核电站(演示堆)”,须要等静压石墨质料数目为 1200 吨,占演示堆总投资用度的 15%。为了中邦的核能工作的健壮发达,稠密邦内专家召唤邦内 企业介入核石墨研发,邦内核石墨质料专家清华大学核能院徐世江教员说:“核石墨是高温 气冷堆的环节质料,没有它就没有高温堆。核石墨是防御核扩散的敏锐质料,固然目前可能 进口,一朝邦际大局发作改变,它的进口随时能够断绝。为了独立自立地发达我邦的高温气 冷堆家当,必需处分核石墨的邦产化题目”成都炭素于 2009 年为清华核能院供应了首批 40 吨等静压核石墨质料,准时、保质、保量地完工了核石墨质料的供货,产物合键时间目标超 过了预期,美满地完工了核石墨试制工作,正在核石墨邦产化过程中迈出可喜的一步,核石墨 与旧例工程用石墨的合键区别有两点,核纯和耐辐照毁伤。目前,邦内核石墨质料的研制尚 缺辐照试验这一症结,这是下一步研制中必需面临经过,除辐照恳求外,核石墨正在冷态形态 下的质地恳求是:规格大型化、质地不变、热不变性好、热膨胀系数低、核纯(高纯度 50ppm 以下) 等静压石墨是新型石墨质料,是石墨质料中的精品,因为具有一系列优异特质,它势必会 与高新时间、邦防尖端时间严紧相联,成为 21 世纪最有价格的新质料之一。随科经济发达, 静压石墨的邦内邦际市集容量日新月异,发达潜力宏伟。正因这样,目前邦内正兴盛一股等 静压石墨坐褥热,少许以坐褥模压石墨为主的炭素坐褥企业看中这块“大蛋糕”持续上等静 压筑筑,挤身等静压石墨坐褥队伍中来,比赛将不成避免进入白热化形态,比赛的敌手囊括 海外同行。 正在激烈的市集比赛中,邦内等静压石墨坐褥企业的藏身之本和出途是: 将产物升级换代,朝大规格、细组织(超细组织)、高强度、高纯度、众成效宗旨发达, 适合光伏家当、死板创制、核能愚弄各行业发达趋向,为中邦邦民经济的发达更好地任职。 6 外1 邦内等静压石墨坐褥企业具有等静压机环境一览外 厂 家 型 号 职责压力 MPa 360 250 100 LDJ800/1600-200YS 200 200 职责缸直径 mm 200 800 400 800 500 职责缸深度 mm 1000 1600 1500 1600 2280 装配年份 70 代末 1986 80 年代中期 2006 1978 安排创制单元 上海大隆机械厂 第二重型死板厂 从北京 703 所购入 川西机械厂 吉林炭素厂 备注 闲置 平常行使 平常行使 调试中 平常行使 四川林凤控股股份有限公司 (原东新电碳厂) 哈尔滨电碳讨论所 哈尔滨电碳厂 吉林炭素厂 方大炭素新质料科技股份 有限公司讨论所 上海碳素厂 成都炭素有限负担公司 河南省特种热工炉材有限公司 重庆罗兰特种石墨有限公司 平顶山市天宝碳素创制有限公司 辽宁邦瑞集团 中钢集团上海新型石墨质料有限公司 (上海碳素厂) 雅安恒圣高纯石墨科技有限负担公司 仕达炭素集团 河南宝丰县五星石墨有限公司 TY2-3 LDJ500/1500-300YS 300 500 1500 1989 川西机械厂 平常行使 Y73-15000 LDJ83-1250-200YS LDJ1250/3200-200YS CDI1250/3200-200YS LDJ2150/4700-160YS LDJ1250/3200-160YS LDJ1250/3200-200YS LDJ1500/3000-180YS LDJ2150/4700-160YS CDI1250/3200-200YS LDJ1250/3200-160YS CDI1250/3200-200YS 300 200 200 200 160 200 200 200 160 200 200 200 800 830 1250 1250 2150 1250 1250 1500 2150 1250 1250 1500 2000 1250 3200 3200 4700 3200 3200 3000 4700 3200 3200 3200 1984 1994 2009 2006 2006 2009 2010 —— —— 2009 —— —— 上海重型死板厂 川西机械厂 川西机械厂 德阳迪泰死板有限公司 川西机械厂 川西机械厂 川西机械厂 川西机械厂 川西机械厂 德阳迪泰死板有限公司 川西机械厂 德阳迪泰死板有限公司 平常行使 平常行使 平常行使 试坐褥 平常行使 试坐褥 正在筑中 正在筑中 正在筑中 正在筑中 正在筑中 筹筑中 7 附外 1:成都炭素有限负担公司等静压石墨质料时间机能外 目标 字号 CDI-1A CDI-1B CDI-2S CDI-3S CDI-4S CDI-5L CDI-6L CDI-7L CDI-8L EDM-I1 EDM-I2 EDM-I3 EDM-I4 EDM-I5 EDM-I6 EDM-I7 EDM-I8 体积密度 3 g/cm 1.85 1.80 1.70 1.75 1.80 1.85 1.75 1.70 1.80 1.70 1.75 1.80 1.85 1.80 1.85 1.80 1.85 电阻率 μΩ.m 11~13 11~13 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯15 ≯17 ≯17 抗压强度 MPa 86 80 55 65 70 86 65 55 80 60 70 80 88 85 88 88 90 抗折强度 MPa 40 37 25 28 35 40 28 25 35 28 35 37 40 40 42 42 45 肖氏硬度 55 50 50 50 50 55 50 50 50 50 55 55 60 60 62 62 65 灰份/纯化 ppm 500/50 500/50 700/50 700/50 700/50 700/50 700/50 700/50 700/50 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 弹性模量 GPa 11.5 10.0 9.5 10.5 11.5 11.5 10.5 9.5 11.5 9.5 10.5 11.5 12.0 11.5 11.5 11.5 12.0 热膨胀系数 ×10-6/℃ 4.8 4.5 3.8 4.0 4.5 4.8 4.0 3.5 4.5 3.2 4.0 4.5 5.0 5.0 5.2 5.2 5.5 均匀粒度 μm 25 25 25 25 25 25 25 25 25 22 22 25 21 15 15 8 8 8