等靜壓石墨的特性和應(yīng)用

等靜壓石墨的特性和應(yīng)用
等靜壓石墨是上世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型炭石墨材料，具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率良好、自潤(rùn)滑性、熱膨脹系數(shù)低以及高溫狀態(tài)下仍保持良好的強(qiáng)度等性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、電子、航空航天和核工業(yè)等高科技領(lǐng)域。

等靜壓石墨的特性

各向同性

炭石墨制品的成型方法 ,主要有三種 ,即: 熱擠壓成型 ,如生產(chǎn)煉鋼用石墨電極;模壓成型 (包括震動(dòng)成型 )及用于鋁業(yè)炭素和電炭制品;等靜壓成型。

圖1：成型方法與顆粒排列示意



盡管成型的方法不同 ,但其成型的原理是相同的。垂直于壓力面的方向與水平于壓力面的方向性能不同 ,人們稱(chēng)其為: “各向異性”。這種“各向異性”對(duì)煉鋼用石墨電極、電機(jī)用電刷來(lái)說(shuō) ,是有益 ,是不可缺少的。他們需要這種特征。而另外許多使用的場(chǎng)合 ,卻不需要“各向異性” ,而需要“各向同性”。 于是出現(xiàn)了等靜壓石墨。

等靜壓成型改物料的單方向 (或雙方向 )受壓為多方向 (全方位 )受壓 ,炭素顆粒始終處于無(wú)序狀態(tài)(如圖 1, c)所示。 從而使最終產(chǎn)品沒(méi)有或很少有性能上的差異。方向上的性能比不大于 1. 1。人們稱(chēng)其為: “各向同性”。

體積密度的均一性

為制造細(xì)結(jié)構(gòu) ,質(zhì)地致密 ,組織均勻的炭石墨材料 ,采用粉末壓制 (而非糊料 )是唯一的方法。而用粉末壓制只有采用模壓方法和等靜壓方法。在采用模壓成型時(shí) ,無(wú)論是單面壓制或雙面壓制 ,受摩擦力 (炭質(zhì)顆粒間和制品與模具間 )的影響 ,壓力的傳遞將逐漸降低 ,從而造成體積密度的不均勻。這種差異 ,隨制品的高度增加而加大。具體情況如圖 2所示。

圖2：壓制方法與體積密度示意



這種毛坯整體上的密度不均勻 ,不僅為以后工序—— 焙燒帶來(lái)隱患 ,亦將造成將毛坯加工成品部件時(shí) ,帶來(lái)單個(gè)產(chǎn)品的性能差異 ,是十分有害的。采用等靜壓機(jī)成型時(shí) ,產(chǎn)品各方位受力均勻 ,體積密度比較均一 ,且不受產(chǎn)品高度的限制。

等靜壓石墨的主要用途

直拉單晶硅熱場(chǎng)和多晶硅鑄錠爐用加熱器

直拉單晶硅熱場(chǎng)中，等靜壓石墨部件有坩堝、加熱器、電極、隔熱遮蔽板、籽晶夾持器、旋轉(zhuǎn)坩堝用的底座、各種圓板、熱反射板等約 30 種。其中，80%的等靜壓石墨用于制造坩堝和加熱器等。

在太陽(yáng)能電池多晶硅片的制造過(guò)程中，首先要將多晶硅碎塊熔鑄成多晶硅方錠。其中鑄錠爐的加熱器需要用等靜壓石墨來(lái)制作。

原子能工業(yè)

核裂變堆( 高溫氣冷堆)，石墨是中子的慢化劑和優(yōu)良的反射劑。

核聚變反應(yīng)堆，導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高的石墨材料被用做面對(duì)等離子體的第一壁材料。

放電加工電極

主要以石墨或銅為電極的放電加工被廣泛用于金屬模具等加工領(lǐng)域。

有色金屬連鑄用石墨結(jié)晶器

由于等靜壓石墨材料在熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定、自潤(rùn)滑、抗浸潤(rùn)及化學(xué)惰性等方面具有良好的性能，使之成為制作結(jié)晶器不可替代的材料。

其他用途

等靜壓石墨還用于制作金剛石工具和硬質(zhì)合金的燒結(jié)模具，光纖拉絲機(jī)的熱場(chǎng)部件( 加熱器、保溫筒等) ，真空熱處理爐的熱場(chǎng)部件 ( 加熱器、承載框等) ，以及精密石墨熱交換器、機(jī)械密封部件、活塞環(huán)、軸承、火箭噴嘴等。

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