高密高强各向同性炭-等静压石墨介绍
西格里等静压石墨生产工艺
西格里等静压石墨生产工艺1. 背景介绍西格里等静压石墨是一种高纯度、高密度、高强度的特种垫片材料，广泛应用于各种高温、高压场合，如核电站、炼油厂等。
本文将介绍西格里等静压石墨的生产工艺。
2. 原材料2.1 石墨粉生产西格里等静压石墨的关键原料是石墨粉。
石墨粉应具有高纯度、好的流动性、均匀的粒度分布和适当的表面积。
一般采用加工石墨或天然石墨矿加工而来的石墨粉。
2.2 增塑剂增塑剂是一种有机物，主要作用是增加石墨粉的可塑性和保水性，并提高石墨坯料的强度和塑性。
一般采用苯甲酸等增塑剂。
2.3 纤维素类物质纤维素类物质是一种天然高分子有机物，主要作用是增加坯料的韧性和可压性以及促进成型过程中的流动。
一般采用纤维素、聚丙烯纤维等。
2.4 聚合物3. 生产工艺3.1 坯料制备将石墨粉、增塑剂、纤维素类物质和聚合物按一定比例混合均匀，加入适量的水在高速搅拌机中混合6-8小时，得到粘度适宜、流动性良好的坯料。
将坯料按照设计要求压制成各种规格的坯体。
成型可采用等静压法、注射成型法等。
3.2.1 等静压法等静压法是指在静止状态下对坯料施加等干压力，使坯体内部的流动趋势趋向均衡，从而获得均匀的密度分布。
等静压机主要由机架、压头、加热系统及控制系统等组成。
生产中，将坯体放置于加热室中加温，再将坯体放置于压头下，通过升降机控制坯体高度，使坯体压缩至一定程度，然后开始施加等干压力，直到达到设计要求的密度。
3.2.2 注射成型法注射成型法是指将坯料放入注射机中，在高温高压下将其注射入模具，再将模具加热或在高温高压下保温一段时间，使坯料充分流动并获得均匀的密度分布。
注射成型法可通过模具设计不同的形状和规格的坯体。
3.3 坯体烧结将已成型的坯体放入烧结炉中进行烧结处理。
烧结炉可采用电阻炉、热风炉等。
烧结温度通常在2000℃以上，在氢气或真空中烧结，使坯体中残留的溶质和极微小的孔隙被气体扫除或填充，从而提高坯体的密度和强度。
4. 总结西格里等静压石墨的生产工艺包括坯料制备、坯料成型和坯体烧结三个过程。
碳化硅 等静压石墨
碳化硅等静压石墨碳化硅是一种重要的材料，具有广泛的应用领域。
静压石墨则是碳化硅的一种制备方法。
本文将介绍碳化硅和静压石墨的相关知识，探讨其特性和应用。
让我们来了解一下碳化硅。
碳化硅是由碳和硅元素组成的化合物，具有高熔点、高硬度和优异的耐热性能。
它是一种非常硬的材料，常用于制造陶瓷、研磨材料和高温结构材料。
碳化硅还具有良好的导热性和电绝缘性能，因此在电子器件和热管理领域也有广泛的应用。
静压石墨是一种制备碳化硅的方法。
它通过将碳化硅粉末放置在高温高压的环境中，利用静压力将粉末压实成形。
这种方法可以获得高密度、高强度的碳化硅制品。
静压石墨制备的碳化硅具有均匀的微观结构和优异的力学性能，适用于制造高性能陶瓷和复杂形状的零件。
碳化硅和静压石墨在许多领域都有广泛的应用。
首先是陶瓷领域，碳化硅陶瓷具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，常用于制造机械密封件、轴承和喷嘴等。
其次，在电子器件领域，碳化硅具有优异的高温稳定性和电绝缘性能，可用于制造功率模块、半导体基板和传感器等。
此外，碳化硅还被广泛应用于光学、化工和航空航天等领域。
静压石墨制备的碳化硅具有高密度和均匀的微观结构，因此在高温结构材料领域有重要应用。
例如，碳化硅陶瓷可用于制造高温炉具、催化剂载体和陶瓷刀具等。
此外，碳化硅复合材料还可以用于制造航空发动机的高温部件，如涡轮叶片和燃烧室衬板等。
碳化硅是一种重要的材料，具有广泛的应用领域。
静压石墨是一种制备碳化硅的方法，可以获得高密度、高强度的碳化硅制品。
碳化硅和静压石墨在陶瓷、电子器件和高温结构材料等领域都有重要的应用。
随着科技的不断进步，碳化硅和静压石墨的应用前景将更加广阔。
等静压石墨的应用、发展及生产工艺简介
等静压石墨的应用、发展及生产工艺简介摘要：本文概括了等静压石墨的特性及主要用途，并对其国内外发展状况作了简单描述。
结合部分等静压石墨科研文献及生产专利，对其生产工艺进行了介绍。
关键词：等静压石墨特性用途生产工艺等静压石墨是上世纪40年代发展起来的一种新型石墨材料，具有一系列优异的性能。
等静压石墨的耐热性好，在惰性气氛下，随着温度的升高，其机械强度反而升高，在2500℃左右时达到最高值；与普通石墨相比，结构精细致密，而且均匀性好；热膨胀系数很低，具有优异的抗热震性能；各向同性、耐化学腐蚀性强、导热性能和导电性能良好；具有优异的机械加工性能。
正是由于具有这一系列的优异性能，等静压石墨在化工、半导体、电气、冶金、机械、核能及宇航等领域得到广泛应用，而且，随着科学技术的发展，应用领域还在不断扩大。
1.等静压石墨的主要用途1.1太阳能电池及半导体晶片用石墨在太阳能、半导体行业中，大量使用等静压石墨，制作单晶直拉炉热场石墨部件，多晶硅熔铸炉用加热器，化合物半导体制造用加热器、坩埚等部件。
近年来，太阳能光伏发电发展迅猛，光伏产业中的单晶硅和多晶硅生产对石墨需求量巨大。
目前，单晶、多晶硅产品均朝大型化、高端化发展，对等静压石墨也有了更高的要求，即：更大规格、更高强度、更高纯度。
1.2核石墨等静压石墨具有中等的力学性能，特别出色的高温力学性能，导热系数大，线膨胀系数低。
在高温气冷堆中，主要用作反射剂、慢化剂及活性区结构材料，同核燃料一道构成核燃料组件。
在400~1200℃的温度下，受高能γ射线和快中子的放射线，时间长达数年之久，容易造成辐照损伤，从而改变石墨的结构和性质，所以要求材料的石墨化度高、各向同性度好、组成均一、弹性模量低。
目前，我国只能生产少量的高温气冷反应堆用核石墨，主要还是依赖进口。
1.3电极石墨石墨无熔点，是电的良导体，抗热震性好，是极佳的电火花加工电极材料。
普通石墨材料，为粗颗粒结构低密度各向异性石墨，不能满足电火花加工的需求，而等静压石墨电极结构均匀、致密、加工精度高，可以满足这方面的要求。
等静压石墨的用途和发展方向
等静压石墨的用途和发展方向1、太阳能电池及半导体晶片用石墨：光伏产业用石墨材料：由于等静压石墨材料的具备高强、高密、各向同性好，制成的石墨部件在使用过程中受热、加热都较均匀，同时由于材料的密度均匀能够有效的减小材料受急冷急热而产生的内应力（抗热震性能好），故可大大延长设备或器具的使用寿命周期，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部件（坩埚、加热器、导流筒、保罩等）；多晶硅熔铸炉用加热器、；化合物半导体制造用加热器、坩埚、等部件。
等静压石墨属于石墨材料中的精品，具有其他普通石墨不具备的优异性能，是多晶硅、单晶硅制造业热场中耐热材料的首选基础性材料。
太阳能光伏发电发展迅猛，近10年来，全球太阳能光伏产业平均年增长率为41.3％虽然2022年经历了经济危机的袭扰，全球太能产业仍然保持了30％以上的增长，哥本哈根气候论坛后，会有更大的发展空间，预计2022年开始全球太阳能市场会有年均50％~60％的恢复性增长，中国作为全球最大的太阳能光伏生产国，其份额达到全球的70％，行业在2022年消耗的高档石墨材料达到5000多吨，预计今后每年的等静压石墨材料的需求量将以平均以25～30％的速度增长，光伏产业中的单晶硅和多晶硅生产对石墨需求量巨大。
清洁能源的发展，市场的需求和策面的支持，是行业发展的最有利条件。
大尺寸、高纯度、高密度、高强度、等静压（各向同性）石墨材料是电子和光伏产业发展需要，“十二五期间”将是国内等静压石墨制造企业发展的最好机会。
目前，单晶尺寸向大规格化发展，前几年盛行的18寸炉在2022～2022年中20寸炉迅速取代，并有朝更大规格发展的趋势；多晶硅也朝大型化发展，另外，多晶硅准入细则仍在讨论之中，高端产品是发展方向。
光伏产业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优点：石墨的比重是铜的1/5，同等体积石墨的重量相对铜要轻5倍。
炭微球制备等静压石墨的介绍
一种用于制备高密高强各向同性炭材料的原料—OLC炭微球一、简介高密度高强度各向同性炭（石墨）材料（High Density High Strength IsotropicCarbon (Graphite）, HDIC)，俗称三高石墨，具备体积密度大（＞1.8g/cm 3）;强度高，抗磨性好；各向异性比小，≤1.1;结构组织均匀细腻,开口气孔率低,纯度高等特点，在半导体、金属加工、放电加工电极、核工业、机械用炭和生物用炭等领域具有广泛的应用。
目前制备HDIC的原料主要为小粒径焦粉，尽管成本低，但性能较差，不能满足高技术领域的需求。
中间相沥青炭微球（Mesocarbon Micorbeads，MCMB）是一种通过沥青聚合、分离出来的球形炭材料，具有自粘结性能和高的体积收缩率，是制备HDIC的优异前驱体，但MCMB制备工艺复杂、成本高，大件制品容易产生内裂纹，限制了MCMB在更广领域的应用。
为此，如何降低MCMB的制备成本，降低制品内裂纹，并保持HDIC的高力学性能是目前该领域逇急需。
二、性能特点本OLC炭微球具有粒度均匀，颗粒表面光滑，缺陷少，导电性好，易于成型、密度高等特点。
可以根据用户的需求，提供不同粒度范围的产品。
具有如下特点：1、结构独特：本产品为球状炭材料，内部结构为炭片层沿球心排列取向的类洋葱结构。
2、粒径可控：一次粒径在1-5um之间，二次粒径在2-20um之间，可按照使用要求进行调控。
3、导电性能好：导电性能优异，灰分低。
4、成本低：成本低于目前市面上的MCMB材料。
5、性能高：制品性能高于目前常用的焦炭材料产品，优化工艺后可达到与MCMB制品相当水平。
6、HDIC: OLC炭球为洋葱皮型碳片层排列，制备的炭材料各向同性度高。
三、形貌结构图1 OLC的SEM照片图2 OLC与MCMB的形貌和粒度分布对比：a-c OLC; d-f MCMB四、HDIC基本性能HDIC石墨产品初步性能。
等静压石墨热膨胀系数
等静压石墨热膨胀系数等静压石墨是一种高强度、高稳定性、高导热性能的材料，在航空、航天、能源等领域有广泛应用。
然而，随着温度的升高，石墨展现出的热膨胀性质也越来越明显，这对一些高精度的应用带来了一定的挑战。
因此，研究石墨的热膨胀系数，能够更准确地预测和控制它的尺寸变化，也能为其应用提供更加精确的保证。
一、等静压石墨的结构及性质等静压石墨是由纵向延伸的石墨晶体棒构成的，晶体棒之间通过轴向的键合力相互连接形成三维网络状结构。
它的密度大约为1.8 g/cm3，比表面积为3 m2/g，导热系数为1400 W/m·K，绝缘强度为400 V/μm。
由于有机基质在高温下分解的少，石墨材料具有非常好的热和化学稳定性。
而且，其延展性和抗压强度也很高。
二、石墨的热膨胀性石墨的热膨胀系数随温度的变化而不同，在20-300°C内，等静压石墨的线膨胀系数为0.9×10-6/℃。
但是，随着温度的升高，石墨的热膨胀系数将逐渐增加。
在500°C时，等静压石墨的线膨胀系数为1.5×10-6/℃，在1000°C时，线膨胀系数已经达到了4.4×10-6/℃。
石墨的热膨胀系数受多种因素的影响，其中最重要的因素是晶体结构和温度。
晶体结构不同的石墨，其热膨胀系数也会不相同。
同时，在一定温度范围内，随着温度的升高，石墨的热膨胀系数也会逐渐增大。
另外，石墨的热膨胀系数还与材料的制备工艺和含杂质的情况有关。
使用高温、高压等特殊制备工艺得到的石墨，其晶体结构更加有序，因此热膨胀系数相对较小。
而含有氧化物、硅、氮、杂质的石墨，其晶体结构发生变化，热膨胀系数较大。
四、影响石墨热膨胀系数的因素的控制方法为了控制石墨的热膨胀系数，提高其在高温下的精度和稳定性，需要从以下几个方面入手：2、降低石墨中的杂质含量。
不同杂质对石墨的晶体结构的影响因素不同，因此杂质含量的降低可以有效地控制石墨的热膨胀系数。
等静压石墨特性值
等静压石墨的特性1、各向同性石墨压制前的物料，无论是糊料，还是粉末，物料的颗粒排列是无序的，在压力作用下，粉末颗粒发生位移和变形，颗粒间的接触表面因塑性变形而增大，发生机械的咬合和交织，使物料被压实。
物料中的炭质颗粒，用显微镜观察，可以看到，他们既非圆形，也非方形。
属不规则形状。
即长、宽比不同。
在挤压和模压的情况下，受单方向压力和模具摩擦作用，这些炭质颗粒将作有序排列。
这便造成最终产品性能上的差异，如电气、机械、热性能等。
即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”。
在许多使用的场合，不需要石墨的“各向异性”，而需要它的“各向同性”。
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，碳素颗粒始终处于无序状态。
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111。
人们称其为：“各向同性”。
当然，为了进一步缩小性能上的差异，除关键的等静压机成型外，尚需在炭质颗粒结构和工艺上进一步调整。
各向同性石墨材料的最大特征，是石墨各方向测定的性能都是等同性的（异方性）。
它的异方向性为1.0-1.1，一般为1.02-1.06。
此外，各向同性石墨的体积密度、机械强度等与普通石墨相比，其性能要高一个档次，如体积密度为 1.70-1.90g/cm3（普通石墨为1.60-1.80 g/cm3 ），抗折强度为35-90MPa（普通石墨为25-45MPa）等。
2、体积密度的均一性为制造细结构，质地致密，组织均匀的石墨制品，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。
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。
等静压 石墨
等静压石墨
等静压石墨是一种高性能的石墨材料，采用等静压技术制造而成。
该材料具有高密度、高硬度、高强度、高耐腐蚀性和高温稳定性等优良特性。
等静压石墨的生产过程包括原材料选择、混合、压制和烧结。
其中，等静压技术是其制造的核心技术之一。
这种技术可以使压制过程中施加的压力均匀分布，从而避免了材料中出现的缺陷和孔隙。
等静压石墨的应用非常广泛，可以用于高温热处理、半导体生产、化工和航空航天等领域。
它的高温稳定性和耐腐蚀性使其成为制造高温炉具、耐腐蚀管道和化学反应器的理想材料。
总的来说，等静压石墨是一种具有优良性能的高级石墨材料，其制造和应用技术已经得到了广泛应用和发展。
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石墨化品
1.60
2.00
1.72
4
1
11
73.5
98.1
98.1
35
15
15
115
80
85
3
5
6.5
1000
500
300
NKK ROMS#
1.92 4.8 127.5 27.2 80 5.5
200
* 一元法
# 中间相法
各向同性炭的SEM断面
炭化样品
生坯
自烧结机理
热压成型
MCMB
固相炭化
生坯 塑性烧结
纯MCMB
煅焦与沥青混合物
1.88
1.68
85
43
92
35
198
65
14.6
17.2
51
89
5.9
4.6
4.5
12
1.02
1.08
备注
1.以上结果所制备材料均 为成型坯体经焙烧后直 接石墨化，没有进行浸 渍。 2. 邮 寄 原 料 挥 发 分 含 量 6wt% 。 由 于 含 量 偏 低 ， 粘结成分不足，故需要 补充粘结剂沥青。
高密高强各向同性炭 High Density High Strength Isotropic Carbon（HDIC）
高密度高强度各向同性炭（石墨）材料，俗称三高
石墨，具备如下特性：
体积密度大（＞1.8g/cm3）; 强度高，抗磨性好； 各向异性比小，≤1.1； 结构组织均匀细腻； 开口气孔率低； 纯度高。
项目
体积密度（g/cm3） 硬度（肖氏）HS 电阻率/uΏ.m 抗拉强度/MPa 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 抗冲击系数/(N.cm).cm-1 弹性模量/GPa 热导率/W.(mK)-1 线膨胀系数/℃-1 异向度/α垂直/α平行 灰分/ppm
指标 ≥ 1.77 43-54 7-11 14-24 22-40 51-78 17-20 9.5-14.5 134-143 (2.5-4.6)x10-6 1.05-1.10 50-250
50*50
技术参数
测试结果
密度（g/cm3）
1.75
肖氏硬度(shoreD)
65
抗弯强度（MPa）
52
抗压强度（MPa）
106
电阻率(μΩ.m)
15.7
热导率（W/mK）
59
膨胀系数（10-6/K）（20-500 ℃） 5.8
颗粒尺寸(μm)
7.0
备注
原料挥发分含量6wt%。由于含量偏低，粘结成分不足，故需要补充粘结剂 沥青。在制备过程中，成型坯体经焙烧后直接石墨化。没有进行浸渍。
技术参数
密度（g/cm3）
肖氏硬度 (shore D) 抗弯强度（MPa） 抗压强度（MPa） 电阻率 (μΩ.m) 热导率（W/mK） 膨胀系数10-6/K， 20-500 ℃ 颗粒尺寸 (μm) 各向异性度
京能OLC 1.75 65 52 106 15.7 59 5.8
7.0 1.04
HDIC石墨产品性能
高密度各向同性炭的应用
▲半导体行业 ▲金属行业 ▲放电加工电极 ▲核工业用石墨 ▲机械用炭材料 ▲生物用炭材料
制
二元法
一元法
备
原料焦炭
高
原料沥青
密 度 各
破碎 混捏
粘结剂沥青
预处理 改质沥青
中间相法
向
中间相小球
同
粉碎、筛分
性
粉碎、筛分
炭
成型（等静压)）
的 三 种
成型（等静压） 炭 化 沥青浸渍
预焙烧 炭化
沥青浸渍
方
法
石墨化
石墨化
高密度各向同性炭制品
各向同性结构的两种制法
以一元法和中间相法制备的HDIC的性质
公司名 铭牌 处理温度 体积密度（g/cm3） 气孔率（%） 抗折强度（MPa） 电阻率（μΩm） 肖氏硬度 热膨胀系数 （10-6/℃） 灰份（ppm）
东北协和碳
川碳
MF-301* MF-306* KMCF#
HDIG
由山东京能新材料科技有限公司OLC炭球制备
原始粉料 HDIC初步结果
过程参数
项目 数值
挥发分 %
粒度 混捏设备 um
6.03
7.2
5L
混捏 时间
h
1.5
沥青 含量%
30
糊料
压粉
成型
挥发分% 粒度um 参数
16.85
12
压力
150MPa
保压
10min.
生坯 密度 g/cm3
1.335
生坯 尺寸
ห้องสมุดไป่ตู้