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等靜壓石墨是20世紀(jì)60年代開發(fā)的一種新型石墨材料。 具有成型規(guī)格大、毛坯結(jié)構(gòu)均勻、密度高、強度高、各向同性（特性與尺寸、形狀、取樣方向無關(guān)）等優(yōu)點。 ，所以等靜壓石墨也稱為“各向同性”石墨。 由于它具有一系列優(yōu)良性能，因此與當(dāng)今高科技、國防尖端技術(shù)緊密相連。 是制造單晶硅爐、金屬連鑄石墨結(jié)晶器、電火花加工用石墨電極等不可替代的材料，也是制造火箭點火極、激勵極、噴嘴和舵板以及石墨核的優(yōu)良材料。反應(yīng)堆減速材料和反光材料。 同時，它也無法被其他劣質(zhì)石墨產(chǎn)品替代。

等靜壓石墨的基本概念

特種石墨材料是指碳質(zhì)量分數(shù)大于99.99%的石墨，又稱“三高石墨”（高強度、高密度、高純度），是一種新型碳材料。 根據(jù)適用領(lǐng)域不同或工藝性能不同，主要可分為等靜壓石墨和模壓石墨，兩者采用不同的成型方法。 其中，成型時垂直于壓力面的方向和水平于壓力面的方向所受的應(yīng)力不同，從而產(chǎn)生不同的性能。 因此，模壓石墨具有“各向異性”的特點； 在等靜壓過程中，產(chǎn)品在各個方向上受到應(yīng)力。 均勻且相對均勻的體積密度，因此等靜壓石墨具有“各向同性”的特性。

等靜壓是指對被密封材料在各個方向上同時施加相等的壓力； 等靜壓成型是將被壓制的材料密封后置于高壓容器中，利用液體介質(zhì)不可壓縮和壓力傳遞均勻的性質(zhì)，從各個方向?qū)Σ牧暇鶆蚣訅骸?當(dāng)液體介質(zhì)通過壓力泵注入壓力容器時，根據(jù)流體力學(xué)原理，其壓力保持不變，均勻地向各個方向傳遞。 因此，高壓容器內(nèi)的粉末是各個方向的。 各方向壓力均勻、大小一致。 采用上述方法將粉末致密化成坯體的方法稱為等靜壓成型。 等靜壓石墨材料具有各向同性的特性，材料的特性與尺寸、形狀、取樣方向無關(guān)。

通過模壓成型無法制備大尺寸、精細結(jié)構(gòu)的碳制品。 等靜壓在一定程度上可以克服壓縮成型造成的制品體積密度不均勻的缺點，大大減少制品開裂的機會，使大尺寸、細結(jié)構(gòu)制品的生產(chǎn)成為現(xiàn)實。 同時，等靜壓工藝一般不需要在粉末中添加潤滑劑，不僅減少了對產(chǎn)品的污染，而且簡化了制造工藝。

等靜壓石墨生產(chǎn)工藝

等靜壓石墨的生產(chǎn)工藝流程包括：細磨、篩分、配料、捏合、成型、焙燒、浸漬、石墨化、提純等。

(一)原料及破碎

用于制備等靜壓石墨的粉體材料有石油焦、瀝青焦、各向同性焦、中間相碳微球等焦炭。 石油焦和瀝青焦是易于石墨化的焦炭，常用于制備等靜壓石墨。 由石油焦制備的等靜壓石墨的強度略低于由瀝青焦制備的等靜壓石墨。 石油焦需要采用破碎設(shè)備和氣流破碎設(shè)備進行破碎，才能得到合適粒度的石油焦粉。

(2)配料及混合

將純化后的合適粒度的石油焦粉與粘結(jié)劑按一定比例混合。 為了使配制好的材料分布均勻，形成塑性糊狀，必須進行捏煉。 在制備等靜壓石墨的工藝流程中，混合和捏煉起著重要的作用。 為了獲得較高的產(chǎn)量，需要嚴(yán)格控制混合設(shè)備的升降溫程序和捏合時間。

(3) 成型

等靜壓的方法有兩種：一種是將材料放入彈性模具中，直接壓制成等靜壓形式； 另一種是將材料模制成預(yù)成型件，然后將其壓制成等靜壓形式。 等靜壓石墨是通過冷等靜壓生產(chǎn)的。

(4)浸漬、焙燒

在烘烤過程中，由于氣體的排出和體積的收縮，青胚中留下了微小的氣孔。 大量孔隙的存在必然會對胚體的物理機械性能產(chǎn)生負面影響。 為了進一步提高生胚的堆積密度、機械強度、導(dǎo)熱系數(shù)等性能，等靜壓石墨需要經(jīng)過一次或多次瀝青浸漬和焙燒處理。

(5)石墨化與提純

為了提高坯體的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，等靜壓石墨需要進行石墨化處理。 石墨化過程實際上是一個溫度控制的過程。 在溫度達到1250°C之前，生坯會重復(fù)烘烤階段，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化。 當(dāng)溫度為1250～1800℃時，坯體的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。 無定形碳的亂層結(jié)構(gòu)傾向于轉(zhuǎn)變?yōu)槭木w結(jié)構(gòu)。 與此同時，無定形碳結(jié)構(gòu)邊緣的不穩(wěn)定原子團繼續(xù)形成。 分解并逃脫。 溫度達到1800℃后，石墨的晶體結(jié)構(gòu)基本形成。 如果溫度繼續(xù)升高，坯體的石墨化程度將進一步增加。

等靜壓石墨的應(yīng)用領(lǐng)域

等靜壓石墨的下游應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)、原子能工業(yè)、電火花加工、連鑄冶金工業(yè)、光伏等生產(chǎn)領(lǐng)域。

1、半導(dǎo)體、光伏領(lǐng)域晶硅制造熱場系統(tǒng)

在半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，等靜壓石墨具有良好的各向同性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、良好的抗熱震性能、較高的抗彎、抗壓強度，能有效降低材料急冷急熱產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，從而延長使用壽命。設(shè)備或器具的使用壽命，因此用于半導(dǎo)體和太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的硅晶體生長設(shè)備的石墨部件的深加工。 隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，單晶硅熱場尺寸已從24英寸發(fā)展到36英寸。 所使用的石墨熱場元件的尺寸也隨之增大，技術(shù)要求也不斷強化，特別是高純石墨。

在直拉單晶硅熱場中，等靜壓石墨組件包括坩堝、加熱器、電極、隔熱屏蔽板、籽晶支架、旋轉(zhuǎn)坩堝底座、各種圓板、熱反射板等30多種。 其中，80%的等靜壓石墨用于制造坩堝和加熱器。 近年來，對單晶硅棒直徑的要求越來越高，硅片的生產(chǎn)也日益成為主流。 因此，單晶爐加熱區(qū)的直徑大多為。 為了保護爐內(nèi)放置的石英坩堝，石墨坩堝的直徑已達到，加熱器的直徑約為960~，其他部件的直徑已達到最大。 在太陽能電池用多晶硅片的制造過程中，首先必須將多晶硅碎片熔化并澆鑄成多晶硅方錠。 鑄錠爐的加熱器需要采用等靜壓石墨制成。

——單晶拉絲爐熱場系統(tǒng)

單晶拉絲爐熱場系統(tǒng)主要應(yīng)用于光伏行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)單晶硅的生長和拉絲工藝。 是制備單晶硅的關(guān)鍵設(shè)備。

光伏硅單晶制造工藝是由半導(dǎo)體硅單晶演變而來。 兩者在設(shè)備、工藝、熱場系統(tǒng)等方面架構(gòu)相同。 主要區(qū)別體現(xiàn)在硅單晶產(chǎn)品的純度和熱場材料的純度要求不同。 半導(dǎo)體用硅單晶純度要求高于99.%，太陽能光伏硅單晶純度高于99.%。 在熱場材料的灰分含量要求方面，太陽能光伏P型單晶：<； N型單晶：＜；半導(dǎo)體硅單晶要求＜。

——多晶鑄錠爐熱場系統(tǒng)

多晶鑄錠爐熱場系統(tǒng)是光伏行業(yè)多晶鑄錠的關(guān)鍵設(shè)備。 主要包括頂板、加熱元件、蓋板、護板等部件。

2. 放電加工

放電加工具有傳統(tǒng)切削加工所不具備的優(yōu)點。 可加工超硬、耐高溫合金等難加工材料。 目前國內(nèi)電火花加工所用電極材料約70%為銅，約30%為石墨電極。 采用等靜壓石墨作為石墨電極，具有銅電極所不具備的一些優(yōu)點：在高溫條件下不熔化，能保持一定的強度； 電火花加工時電極消耗?。?處理速度快； 切割時材料熱穩(wěn)定，不易變形； 重量輕； 能保證加工件的表面質(zhì)量和尺寸精度，且表面易于處理。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實際生產(chǎn)加工的需要，電火花加工逐漸向精密化、小型化、高速高效、綠色加工、復(fù)合加工方向發(fā)展。 然而，在這些過程中，電火花加工工具電極會遭受嚴(yán)重的損失，從而影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和尺寸精度。 因此，如何減少工具電極的損耗，實現(xiàn)高速、低損耗的精密加工是電火花加工不斷追求的目標(biāo)。 等靜壓石墨需要向更細顆粒、大尺寸方向發(fā)展。

3、核工業(yè)

核反應(yīng)堆的工作條件十分惡劣，要求材料具有高密度、高強度、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好等特點。 因此，等靜壓石墨被用于核反應(yīng)堆。 等靜壓石墨具有慢化和反射中子的作用，可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，如支撐柱、熱氣管道、燃料元件和其他熱結(jié)構(gòu)件，并用于生產(chǎn)石墨球、芯材、電機等核石墨制品。

等靜壓石墨代表企業(yè)

國外生產(chǎn)等靜壓石墨的公司，如日本東洋、德國西格里、法國羅蘭、法國默森、美國布科等，技術(shù)先進，可生產(chǎn)各種大尺寸、高純、細結(jié)構(gòu)的等靜壓石墨。壓制石墨制品。 這些企業(yè)所屬國家對我國實行嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，甚至對我國設(shè)置長期的產(chǎn)品出口限制。 特別是用于國防、航天、核能等領(lǐng)域的高端石墨產(chǎn)品目前被嚴(yán)格禁止出口到中國。

國內(nèi)廠家有五星新材、成都炭素、中鋼集團、東方炭素、博翔炭素、開封炭素、福倉新材等。

五星新材料（原寶豐縣五星石墨有限公司）一直致力于高純石墨的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù)，位居國內(nèi)高純石墨制造行業(yè)的領(lǐng)先地位。 產(chǎn)品主要應(yīng)用于光伏及半導(dǎo)體、氫能源、航空航天、軍工及核工業(yè)等領(lǐng)域。 2022年6月，五星新材料“超細結(jié)構(gòu)各向同性等靜壓石墨”項目已建成投產(chǎn)。 項目總投資3.2億元。 取得成效后，可實現(xiàn)產(chǎn)值6億元，利稅2億元以上。

l 方大炭素（.SH）于2022年9月5日召開第八屆董事會第十六次臨時會議，審議通過了《關(guān)于子公司成都方大炭素復(fù)合材料有限公司申請國家高新技術(shù)企業(yè)認定的方案》 《中小企業(yè)》《關(guān)于企業(yè)股份轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)掛牌的議案》，成都炭素股份有限公司于1994年開始生產(chǎn)等靜壓石墨，專注于等靜壓石墨的研發(fā)，拓展等靜壓石墨的應(yīng)用領(lǐng)域石墨。 2005年等靜壓石墨年產(chǎn)量為612噸，2010年達到1489噸。 2010年底，方大集團與成都市政府簽署戰(zhàn)略合作投資建設(shè)協(xié)議，投資1700元在成都經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)建立方大科技產(chǎn)業(yè)園，占地面積??占地約411畝，新建3萬噸/年專用設(shè)備石墨制造加工基地。

l 中鋼集團產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于核電、半導(dǎo)體、光伏等熱門行業(yè)領(lǐng)域。 是國內(nèi)規(guī)模最大、質(zhì)量最高、規(guī)格最全的特種石墨材料研發(fā)生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。 中鋼新材料（寧夏）有限公司年產(chǎn)特種石墨2萬噸。 首批石墨化爐于2021年底成功點火并測試。年產(chǎn)2萬噸特種石墨產(chǎn)能項目占地483.6畝，總投資估算17億元。 建設(shè)周期為24個月。 項目達產(chǎn)后，年產(chǎn)特種石墨材料2萬噸。 達產(chǎn)后，年產(chǎn)值不低于11億元。

東方炭素是一家集特種石墨產(chǎn)品和新型石墨材料委托加工為一體的國家高新技術(shù)龍頭企業(yè)。 主要包括以下產(chǎn)品類型：等靜壓特種細結(jié)構(gòu)石墨、冷成型特種細結(jié)構(gòu)石墨、振動成型中粗石墨材料、熱成型中粗石墨材料和擠壓細結(jié)構(gòu)石墨材料等石墨制品。 公司還不斷提高等靜壓細結(jié)構(gòu)石墨產(chǎn)品的生產(chǎn)比例。

l 易城新能（.SZ）全資子公司開封炭素擁有1萬噸等靜壓石墨產(chǎn)品，目前處于小批量生產(chǎn)狀態(tài)。

l 博翔炭素于2009年投資3.7億元，建設(shè)年產(chǎn)1.6萬噸特種高純石墨項目。 是生產(chǎn)電火花石墨、光伏石墨等行業(yè)高純石墨的龍頭企業(yè)。

福坦新材料是一家研發(fā)、生產(chǎn)半導(dǎo)體級先進等靜壓石墨材料及器件的企業(yè)。 已實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量達到國際先進水平。 2022年7月，福壇集團福建生產(chǎn)基地5000噸石墨化車間成功點火，標(biāo)志著福壇集團在推進高端等靜壓石墨產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)方面邁出了重要一步。

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