国内等静压石墨发展.docx
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国内等静压石墨发展.docx
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国内等静压石墨发展
国内等静压石墨发展
以冷等静压成型技术生产的等静压石墨是新式石墨资料,因为等静压石墨
拥有一系列优秀特征,它必定会与高新技术、国防尖端技术密切相联,成为21
世纪最有价值的新资料之一,随科技进步与经济发展,静压石墨的国内国际市
场容量日新月异,发展潜力巨大,正因这样,一些以生产模压石墨为主的炭素
生产公司陆续上等静压设施,当前国内正流行等静压石墨生产热。
本文波及的
重点有:
等静压石墨资料生产的特色,资料特征,用途以及研制现状和发展趋
势。
一、对于等静压的几个观点
1、等静压与等静压成型:
等静压:
是指在各个方向上对经过密封的物料同时施加相等的压力状态;
等静压成型:
是将待压物料经过密封后置于高压容器中,利用液体介质不
可压缩的性质和均匀传达压力的性质从各个方向对物料进行均匀加压,当液体介质经过压力泵注入压力容器时,依据流体力学原理,其压强盛小不变且均匀地传达到各个方向,所以高压容器中的粉料在各个方向上遇到的压力是均匀的和大小一致的。
采纳上述方法使粉料致密成坯体的方法称为等静压成型。
等静压成型按成型时温度区分,还可分红冷等静压、温等静压和热等静压,等静压石墨的生产大多采纳冷等静压,只有很少量采纳热等静压生产工艺。
如:
神州
6号逃逸装置上的石墨资料就是采纳热等静压技术生产的,价值高达2万元/kg,
民用等静压石墨资料一般采纳冷等静压技术生产。
2、等静压石墨:
等静压石墨是指采纳等静压成型方式生产的石墨资料。
等
静压石墨因为成型过程中经过液体压强均匀不变施压,制得的石墨资料性质优
异,拥有:
成型规格大;坯料组织构造均匀;密度高,强度高;各向同性(特征
与尺寸、形状、取样方向没关)等长处,所以等静压石墨也称为"各向同性"石墨。
各向同性石墨的定义:
是机械性能、电气性能和热性能等静态特征拥有各向同
性,异向比为1~1.1的人造石墨。
二、等静压石墨的特色
1、等静压石墨生产特色
①液体加压,成型压力高,能够压制大尺寸制品
压制粉料用橡胶或塑料隔绝,密封后搁置于液体中加压,制品表面在均匀
受压的条件下均匀缩短,生坯密度大。
成型大,压力可达160~200Mpa,压缩强度高,所以,可压制大规格制品。
②因为可选择保压时间以及控制泄压速度,开释压力后制品弹性后效小,使压制超细构造产品成为现实,而不会因弹性后效太大出现冷模压出现的制品因弹性后效大而压型坯开裂现象。
③能够压制异形制品:
可改变模具形状直接压制成异形坯,外国炭素生产公司,如:
日本东海、日本揖斐电等公司已将该工艺方法用于等静压石墨生产,并获得较好成效,国内公司当前尚处于试制阶段。
2、等静压石墨资料的特色
等静压石墨生产的特色决定了等静压石墨资料拥有以下的特色:
各向同性好,特征与尺寸、形状、取样方向没关;资料组织构造致密,制品表面硬度高、机械强度高;资料抗热震性能好,在急冷急热工况条件下不易开裂;耐高温,比用其余方式生产的石墨资料抗氧化性能强。
三、等静压石墨的应用领域(用途)
等静压石墨资料主要应用于:
电子及太阳能光伏家产、机械制造、石油化工、金属连铸、硬质合金、玻璃制造、生物医疗、航空航天、以及核能事业、军事工业等行业和领域等。
用途宽泛,应用领域还处于不停拓展之中,等静压石墨资料是21世纪最有价值的新资料之一。
四、外国等静压石墨生产厂家
1、美国:
美国是世界上最早从事各向同性石墨研究和生产的国家,当前,
在美国生产经营各向同性石墨的主要公司有:
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、圣玛利工厂(圣玛利工厂已被法国罗兰炭素公司吞并),此中步高石墨公司是世界最早打破等静压成型技术难关,以多品种电火花加工用石墨,能均匀颗粒度为1μm超细构造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品在国际上颇负盛名,中国市场相对较少。
2、德国:
德国西格里碳素公司(收买了林斯道夫炭素后更名为"西格里公司(SGL)")和逊克炭素公司是德国从事等静压(各向同性)石墨开发和生产的主要企
业。
西格里公司产品,除等静压石墨外,还有挤压成型、模压成型制品,产品宽泛用于光伏家产、电火花加工、金属连铸等众多行业,产品波及行业及领域最广,在中国市场影响力很大。
3、法国:
法国罗兰炭素公司在国际上居当先地位的是石墨换热器产品,其
基体也是采纳等静压石墨资料。
收买美国圣玛利工厂后等静压石墨资料应用方面获得较优秀的拓展。
2000年前后在中国追求合作伙伴,最后在重庆建立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,其产品计划70%出口,30%销售于中国市场。
重庆罗兰特种石墨有限公司没有建压
粉制作工序,而采纳从外国直接运压粉在重庆厂成型方法,(主假如为了保密)。
因为该厂一期工程中未建浸渍工序,成型坯料经一次焙烧后直接进行石墨化加工,所以与该公司产品密度和强度上难以达到先进水平,但不经过浸渍再焙烧
的一焙品直接经石墨化工序加工后其体积密度就能达到1.76g/cm3左右的技术,值得国内等静压石墨生产公司学习研究。
4、俄罗斯、波兰:
两个国家等静压石墨研制水平相当,后者研制时间大概晚了20年,因为投入不足,产质量量水平,远落在:
美、德、法、日以及中国
等国后边,尚处于研制完美阶段。
5、日本:
日本很重视等静压石墨研制。
当前,日本等静压石墨在产量、质
量、品种、规格以及拓展应方面均达到了世界先进水平,主要表此刻:
从事等
静压石墨研制的公司最多:
东洋炭素有限公司、东洋碳(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。
产品品种最多:
等静压墨品种超出100种;产
品规格最大:
这几家公司都具备了生产Φ1000mm或超出Φ1000mm能力。
应用领
域最广:
日本的等静压石墨不单应用于半导体、太阳能、冶金、机械加工、原
子能等工业,还推行应用到生物工程与电体制造等领域。
总产量最高:
1995年
~1996年统计日今年生产等静压石墨能力约为1.3万吨。
2008年日本各公司等
静压石墨资料总产能达3万吨/年左右,增添速度迅猛。
五、国内等静压石墨状况
1、国内等静压石墨(各向同性石墨)研制状况
60年月初我国开始了等静压技术的研究,对碳、石墨等多种粉末进行了试制研究工作。
60年月中期,用国产以及从外国引进了小型冷等静压机,实验使用领域进
一步扩大,试制工作主要在科研院所进行,没形成批量生产能力。
70年月末和
80年月中国的炭素生产公司:
吉林炭素厂、东新电碳厂、哈尔滨电碳厂、上海碳素厂分别添置了冷等静压机用于炭素资料试制,成为国内最初试试生产等静
压石墨的首批公司。
西安43所和北京703所为国防军工公司,具备冷等静压机外还配置了热等静压机,所研制石墨资料主要应用于与航天、航空等国防相关
的领域,未参加大规格高纯、高密、高强石墨资料研制,仅在理论长进行过一些商讨,未介入市场的竞争。
2、国内主要的等静压石墨资料生产公司
据初步统计,当前国内波及等静压石墨研制和生产的公司约有:
能自主生产的公司(9家):
成都炭素有限责任公司;方大炭素新资料科技股份有限公司;四川林凤控股股份有限公司;哈尔滨电碳有限责任公司;中钢公司吉林炭素有限责任公司;中钢公司上海碳素厂;河南省特种热工炉材有限
公司;平顶山天宝碳素制造有限公司;汶川科信电碳有限责任公司;(汶川科信
电碳有限责任公司仅有石墨化工序其余工序均为租借设施生产);以上9家公司
中,以成都炭素有限责任公司产品产量和规格品种最多,成都炭素1994年安装
由川西机器厂制造,型号为LDJ83-1250冷等静压机,其工作缸规格为830×
1250mm,工作压力为200MPa。
同年进行等静压石墨资料研发工作。
产品定位为:
大规格、细构造各向同性等静压石墨资料,产品面向电子、冶金、机械制造、
化工、核能及军工行业。
经营目标以生产石墨坯料为主,同时承接少许的非标
石墨制品加工业务。
经过十来年的生产实践探索,具备了大量量向国内外市场
供给等静压石墨资料和制品的能力。
公司环绕光伏家产的特色,依据单晶炉热
场的特征,针对性的研究开发了热场用石墨系列产品。
用于光伏家产的石墨材
料主要经过国内外石墨制品加工公司加工成单晶炉、多晶炉热场套件或零件辐
射应用于多晶硅、单晶硅生产行业,此中以单晶硅热场中石墨套件或零零件为
主。
还研制了核石墨和超细构造用于电火花加工用石墨。
主要产品规格有:
圆
形制品:
Φ500×600mm,Φ560×430mm,Φ600×650mm;方型制品:
4002×
400mm,4002×500mm,4002×600mm1000×500×260mm为了适应日趋增添的市
场需求,成都炭素重生产线于2008年开建,新增冷等静压机一台,型号为:
LDJ83-1250-200YS;工作缸规格Φ1250×3200mm;工作压力为200MPa。
重生产
线于2009年3月尾投产,具备了生产更大尺寸细构造等静石墨资料的能力。
可
生产的圆型制品系列以及最大方型制品规格以下:
圆型制品系列:
Φ650×
650mm,Φ700×690mm,Φ760×700mm,Φ810×700mm,Φ860×700mm,Φ920×
700mm最大方型制品:
1300×600×600mm成都炭素经过多年的生产实践,探索
出一套拥有完整自主知识产权的等静压石墨资料生产核心技术,所生产石墨材
料属国内先进水平:
品位最高、规格最多、尺寸最大、产量最大,近几年等静
压石墨发展速度迅猛,成为国内最大的等静压石墨制造公司,扩建后总产能为:
5000吨/年。
国内主要生产公司等静压石墨技术指标祥见:
附表1和附表2。
别的,租设施试制过等静压石墨公司(7家):
宝丰县洁石碳素资料有限公司、青岛西特碳素有限公司、邢台弛宇电碳有限责任公司、河南省巩义碳素股份有限公司、成都市龙泉曙光电碳制品厂、成都中超碳素科技有限公司、宁波杉杉特种炭素资料有限公司;
在建以及筹建等静压石墨的公司(5家,共6台等静压机):
此中:
中钢公司上海新式石墨资料有限公司2台;其余公司各1台:
辽宁国瑞公司;仕达炭素公司;雅安恒圣高纯石墨科技有限责任公司;河南宝丰县五星石墨有限公司。
(此中,河南宝丰县五星石墨有限公司是宝丰县洁石碳素资料有限公司分别出来
的新公司)
国内等静压机生产公司拥状况见表1
表1国内等静压石墨生产公司拥有等静压机状况一览表厂家型号工作
压力
MPa工作缸
直径
mm工作缸
深度
mm安装
年份设计制造单位备注
四川林凤控股股份有限公司
(原东新电碳厂)TY2-3360200100070代末上海大隆机器厂闲置
25080016001986第二重型机械厂正常
使用
哈尔滨电碳
研究所100400150080年月中期从北京703所
购入正常
使用
哈尔滨电碳厂LDJ800/1600
-200YS20080016002006川西机器厂调试中
吉林炭素厂20050022801978吉林炭素厂正常
使用
方大炭素新资料科技股份有限公司研究所LDJ500/1500
-300YS30050015001989川西机器厂正常
使用
上海碳素厂Y73-1500030080020001984上海重型机械厂正常
使用
成都炭素
有限责任公司
LDJ83-1250
-200YS20083012501994川西机器厂正常
使用
LDJ1250/3200
-200YS200125032002009川西机器厂正常
使用
河南省特种热工炉材有限公司CDI1250/3200
-200YS200125032002006德阳迪泰
机械有限公司试生产
重庆罗兰特种石墨有限公司LDJ2150/4700
-160YS160215047002006川西机器厂正常
使用
平顶山市天宝碳素制造有限公司LDJ1250/3200
-160YS200125032002009川西机器厂试生产
辽宁国瑞公司LDJ1250/3200
-200YS200125032002010川西机器厂在建中
中钢公司
上海新式石墨资料有限公司
(上海碳素厂)LDJ1500/3000
-180YS20015003000--川西机器厂在建中
LDJ2150/4700
-160YS16021504700--川西机器厂在建中
雅安恒圣高纯石墨科技有限责CDI1250/3200
-200YS200125032002009德阳迪泰
机械有限公司在建中
仕达炭素公司LDJ1250/3200
-160YS20012503200--川西机器厂在建中
河南宝丰县五星石墨有限公司CDI1250/3200
-200YS20015003200--德阳迪泰
机械有限公司筹建中
六、等静压石墨研发方向
国内等静压石墨研发的方向是什么?
应成为参加竞争者第一要考虑的课题,笔者以为:
等静压石墨资料研制的方向和应用领域的需求发展趋向相一致的,研发品种应与市场需求同步。
1、太阳能电池及半导体晶片用石墨:
光伏家产用石墨资料:
因为等静压石墨资料的具备高强、高密、各向同性
好,制成的石墨零件在使用过程中受热、加热都较均匀,同时因为资料的密度
均匀能够有效的减小资料受急冷急热而产生的内应力(抗热震性能好),故可大
大延伸设施或用具的使用寿命周期,所以在半导体、太阳能行业中,大量用等
静压石墨(各向同性石墨),制作Cz型单晶直拉炉热场石墨零件(坩埚、加热器、
导流筒、保温罩等);多晶硅熔铸炉用加热器、;化合物半导体系造用加热器、
坩埚、等零件。
等静压石墨属于石墨资猜中的精选,拥有其余一般石墨不具备
的优秀性能,是多晶硅、单晶硅制造业热场中耐热资料的首选基础性资料。
太
阳能光伏发电发展迅猛,近10年来,全世界太阳能光伏家产均匀年增添率为
41.3%固然2009年经历了经济危机的袭扰,全世界太能家产仍旧保持了30%以上
的增添,哥本哈根天气论坛后,会有更大的发展空间,估计2010年开始全世界太
阳能市场会有年均50%~60%的恢复性增添,中国作为全世界最大的太阳能光伏生
产国,其份额达到全世界的70%,行业在2009年耗费的高档石墨资料达到5000
多吨,估计此后每年的等静压石墨资料的需求量将以均匀以25~30%的速度增添,
光伏家产中的单晶硅和多晶硅生产对石墨需求量巨大。
洁净能源的发展,市场
的需乞降政策面的支持,是行业发展的最有益条件。
大尺寸、高纯度、高密度、
高强度、等静压(各向同性)石墨资料是电子和光伏家产发展需要,"十二五时期
"将是国内等静压石墨制造公司发展的最好时机。
当前,单晶尺寸向大规格化发展,前几年流行的18寸炉在2010~2011年中
20寸炉快速代替,并有朝更大规格发展的趋向;多晶硅也朝大型化发展,此外,多晶硅准入细则仍在议论之中,高端产品是发展方向。
光伏家产产品的大型化和高规格化,决定了对石墨有更高的要求,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长处:
石墨的比重是铜的1/5,同样体积石墨的重
量相对铜要轻5倍。
便于制造大型模具;石墨加工速度快,一般比一般金属快
3~5倍,可减少刀具的磨损和电极的消耗;石墨熔点高且易不会变形,不用担
心因加工温度过高产生变形而使工件遇到破坏;石墨在加工达成后一般不用再进行抛光办理。
减少了偏差和缩短了生产周期。
石墨的电火化加工速度快而消耗小,只需配合好合理的加工参数,石墨电极能够做到理论意义上的零消耗,减少电深重复加工的次数。
正因石墨资料较铜资料存在上述长处,当前,很多模具厂现正变换为石墨加工,以缩短产品的交货期以加强在市场上的竞争力。
欧
洲当前的电火化加工用石墨和铜的比率8:
2,而中国市场为3:
7,随铜价上涨以及技术进步,使用石墨的比率将连续增添,所以,我国电火花加工用石墨利用发展空间极大。
"十五"时期模具市场需求很旺,远景很好。
在当前模具已成为许多行业发
展瓶颈的状况下,如要较好地知足公民经济各部门发展所需,"十五"时期模具的产出每年有15%左右的增添,随机械制造业设施升级换代和制造技术水平的
提升,模具产品发展将向精细、大型、复杂、长寿命方向发展,多功能复合模
具将进一步发展,所以,要求石墨资料在"规格上大型化,构成粒度上颗粒超细化,使用上抗折能力更加强"。
3、高温气冷堆堆芯构造石墨资料:
"高温气冷堆"是清华大学核能与新能源技术研究院自主研发的拥有完整自主知识产权的,处于国际当先水平的第四代核反响堆。
高温气冷堆项目已经被
国家列为"国家级的重要专项",在建设中"华能山东石岛湾核电站(示范堆)",需要等静压石墨资料数目为1200吨,占示范堆总投资花费的15%。
为了中国的核能事业的健康发展,众多国内专家号召国内公司参加核石墨研发,国内核石
墨资料专家清华大学核能院徐世江教授说:
"核石墨是高温气冷堆的重点资料,
没有它就没有高温堆。
核石墨是防备核扩散的敏感资料,固然当前能够入口,
一旦国际局势发生变化,它的入口随时可能中止。
为了独立自主地发展我国的
高温气冷堆家产,一定解决核石墨的国产化问题"成都炭素于2009年为清华核
能院供给了首批40吨等静压核石墨资料,如期、保质、保量地达成了核石墨材
料的供货,产品主要技术指标超出了预期,圆满地达成了核石墨试制任务,在
核石墨国产化进度中迈出可喜的一步,核石墨与惯例工程用石墨的主要差别有
两点,核纯和耐辐照损害。
当前,国内核石墨资料的研制尚缺辐照试验这一环
节,这是下一步研制中一定面对过程,除辐照要求外,核石墨在冷态状态下的
质量要求是:
规格大型化、质量稳固、热稳固性好、热膨胀系数低、核纯(高纯
度50ppm以下)
等静压石墨是新式石墨资料,是石墨资猜中的精选,因为拥有一系列优秀
特征,它必定会与高新技术、国防尖端技术密切相联,成为21世纪最有价值的新资料之一。
随科经济发展,静压石墨的国内国际市场容量日新月异,发展潜
力巨大。
正因这样,当前国内正流行一股等静压石墨生产热,一些以生产模压石墨为主的炭素生产公司看中这块"大蛋糕"陆续上等静压设施,挤身等静压石墨生产队列中来,竞争将不行防止进入白热化状态,竞争的敌手包含外国同行。
在强烈的市场竞争中,国内等静压石墨生产公司的立足之本和出路是:
将产品升级换代,朝大规格、细构造(超细构造)、高强度、高纯度、多功能方向发展,适应光伏家产、机械制造、核能利用各行业发展趋向,为中国公民经济的发展更好地服务。
附表1:
成都炭素有限责任公司等静压石墨资料技术性能表
指标
牌号体积
密度
g/cm3电阻率
μΩ.m抗压
强度
MPa抗折
强度
MPa肖氏
硬度灰份/纯化
ppm弹性
模量
GPa热膨胀系数
×10-6/℃均匀
粒度
μmCDI-1A1.8511~13864055500/5011.54.825CDI-1B1.80
11~13803750500/5010.04.525CDI-2S1.70
≯15552550700/509.5
3.825CDI-3S1.75≯15652850700/5010.54.025CDI-4S1.80
≯1570
3550700/5011.54.525CDI-5L1.85
≯15864055700/5011.54.825
CDI-6L1.75≯15652850700/5010.54.025CDI-7L1.70
≯15552550
700/509.53.525CDI-8L1.80
≯15803550700/5011.54.525EDM-I1
1.70≯1560285010009.53.222EDM-I21.75
≯15703555100010.5
4.022EDM-I31.80≯15803755100011.54.525EDM-I41.85
≯1588
4060100012.05.021EDM-I51.80
≯15854060100011.55.015EDM-
I61.85≯15884262100011.55.215EDM-I71.80
≯178842621000
11.55.28
EDM-I81.85≯17904565100012.05.58
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