等静压石墨的特性和应用

等静压石墨的特性和应用
等静压石墨是上世纪 60 年代发展起来的一种新型炭石墨材料，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、电导率和热导率良好、自润滑性、热膨胀系数低以及高温状态下仍保持良好的强度等性能，被广泛应用于机械、化工、电子、航空航天和核工业等高科技领域。

等静压石墨的特性

各向同性

炭石墨制品的成型方法 ,主要有三种 ,即: 热挤压成型 ,如生产炼钢用石墨电极;模压成型 (包括震动成型 )及用于铝业炭素和电炭制品;等静压成型。

图1：成型方法与颗粒排列示意



尽管成型的方法不同 ,但其成型的原理是相同的。垂直于压力面的方向与水平于压力面的方向性能不同 ,人们称其为: “各向异性”。这种“各向异性”对炼钢用石墨电极、电机用电刷来说 ,是有益 ,是不可缺少的。他们需要这种特征。而另外许多使用的场合 ,却不需要“各向异性” ,而需要“各向同性”。 于是出现了等静压石墨。

等静压成型改物料的单方向 (或双方向 )受压为多方向 (全方位 )受压 ,炭素颗粒始终处于无序状态(如图 1, c)所示。 从而使最终产品没有或很少有性能上的差异。方向上的性能比不大于 1. 1。人们称其为: “各向同性”。

体积密度的均一性

为制造细结构 ,质地致密 ,组织均匀的炭石墨材料 ,采用粉末压制 (而非糊料 )是唯一的方法。而用粉末压制只有采用模压方法和等静压方法。在采用模压成型时 ,无论是单面压制或双面压制 ,受摩擦力 (炭质颗粒间和制品与模具间 )的影响 ,压力的传递将逐渐降低 ,从而造成体积密度的不均匀。这种差异 ,随制品的高度增加而加大。具体情况如图 2所示。

图2：压制方法与体积密度示意



这种毛坯整体上的密度不均匀 ,不仅为以后工序—— 焙烧带来隐患 ,亦将造成将毛坯加工成品部件时 ,带来单个产品的性能差异 ,是十分有害的。采用等静压机成型时 ,产品各方位受力均匀 ,体积密度比较均一 ,且不受产品高度的限制。

等静压石墨的主要用途

直拉单晶硅热场和多晶硅铸锭炉用加热器

直拉单晶硅热场中，等静压石墨部件有坩埚、加热器、电极、隔热遮蔽板、籽晶夹持器、旋转坩埚用的底座、各种圆板、热反射板等约 30 种。其中，80%的等静压石墨用于制造坩埚和加热器等。

在太阳能电池多晶硅片的制造过程中，首先要将多晶硅碎块熔铸成多晶硅方锭。其中铸锭炉的加热器需要用等静压石墨来制作。

原子能工业

核裂变堆( 高温气冷堆)，石墨是中子的慢化剂和优良的反射剂。

核聚变反应堆，导热性好、机械强度高的石墨材料被用做面对等离子体的第一壁材料。

放电加工电极

主要以石墨或铜为电极的放电加工被广泛用于金属模具等加工领域。

有色金属连铸用石墨结晶器

由于等静压石墨材料在热传导、热稳定、自润滑、抗浸润及化学惰性等方面具有良好的性能，使之成为制作结晶器不可替代的材料。

其他用途

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。

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