新型石墨材料——等靜壓石墨是如何加工生產(chǎn)的

jcadmin | 2021-01-19 14:21:22

炭素行業(yè)經(jīng)過(guò)前兩年的快速發(fā)展，目前已進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，普通石墨電極市場(chǎng)已趨于飽和，炭素行業(yè)陸續(xù)向其他特種石墨材料發(fā)展，這也是新興產(chǎn)業(yè)如核工業(yè)、半導(dǎo)體、電子、航空等行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的需求。其中較為常見(jiàn)的則是等靜壓石墨。等靜壓石墨是如何生產(chǎn)制造的，桂林鴻程超細(xì)立磨根據(jù)石墨邦的資料為您介紹。

等靜壓石墨與普通石墨材料相比，具有明顯的優(yōu)異性能，如耐熱性更好，溫度越高其機(jī)械強(qiáng)度越高，結(jié)構(gòu)精細(xì)致密，均勻性好，熱膨脹系數(shù)低，抗熱震性能好，耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好，因此等靜壓石墨在冶金、化學(xué)、電氣、航空、核工業(yè)、半導(dǎo)體等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

等靜壓石墨的生產(chǎn)工藝流程從上圖可以粗略了解到。與普通石墨電極生產(chǎn)不同，等靜壓石墨的生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，對(duì)原料的要求也更加嚴(yán)格。具體分步驟來(lái)介紹。

1、原料

生產(chǎn)等靜壓石墨的原料包括骨料和黏結(jié)劑。骨料通常是用石油焦和瀝青焦，或者地瀝青焦，為了根據(jù)不同的用途進(jìn)行產(chǎn)品性能的調(diào)整，也有用炭黑、人造石墨做添加劑的情況。一般情況下石油焦和瀝青焦需要在1200～1400℃下進(jìn)行煅燒，去除水分及揮發(fā)分后才能使用。但是為了提高制品的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)致密性，也有直接用生焦做原料生產(chǎn)等靜壓石墨的。生焦的特點(diǎn)是含有揮發(fā)分，具有自燒結(jié)性，與黏結(jié)劑焦同步膨脹和收縮。

黏結(jié)劑通常使用煤瀝青，根據(jù)各個(gè)企業(yè)不同的設(shè)備條件和工藝要求，使用的煤瀝青軟化點(diǎn)從50℃到250℃的都有。等靜壓石墨的性能受原料的影響極大，對(duì)原料的精選是能否生產(chǎn)出所需要的最終產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。投料前必須對(duì)原料特性和均勻性進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

2、磨粉

等靜壓石墨的骨料粒度通常要求達(dá)到20um以下。目前最精細(xì)的等靜壓石墨，最大顆粒直徑為1μm，是非常細(xì)的。一般來(lái)說(shuō)，使用鴻程超細(xì)立式磨可以一次磨到10-20μm，配二次分級(jí)系統(tǒng)可以分出2~3μm的超細(xì)粉。

3、混捏

將磨制好的粉末和煤瀝青黏結(jié)劑按比例投入到加熱式混捏機(jī)中進(jìn)行混捏，使粉末焦粒表面均勻附著一層瀝青。混捏完畢后，取出糊料，使其冷卻。與石墨電極生產(chǎn)相比，生產(chǎn)等靜壓石墨混捏時(shí)瀝青量要多一些，溫度要高一些，時(shí)間要長(zhǎng)一些。

4、二次磨粉

糊料經(jīng)過(guò)破碎、二次磨粉，并且篩分成幾十至幾百微米粒度的顆粒后混合均勻，用作壓型原料，叫做壓粉。二次磨粉的設(shè)備也可以使用鴻程超細(xì)立磨。

5、成型

不同于普通的擠壓成型和模壓成型，等靜壓石墨是采用冷等靜壓技術(shù)成型的。將原料壓粉填充到橡膠模具中，通過(guò)高頻電磁振動(dòng)，使得壓粉得到密實(shí)，密封后進(jìn)行抽真空，排出粉末顆粒間的空氣，放入裝有水或油等液體介質(zhì)的高壓容器中，加壓到100～200 MPa，壓制成圓柱、長(zhǎng)方形、圓筒、坩堝等不同形狀的產(chǎn)品。盡管石墨在晶體學(xué)特性上是各向異性的，但從整體上看，等靜壓石墨卻是各向同性的。目前，炭素行業(yè)用于生產(chǎn)等靜壓石墨的冷等靜壓機(jī)最大規(guī)格是Φ2150mm×4700 mm，最高工作壓力180MPa。

6、焙燒

在焙燒過(guò)程中，骨料和黏結(jié)劑之間發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，黏結(jié)劑分解，釋放大量揮發(fā)分，同時(shí)進(jìn)行縮聚反應(yīng)。等靜壓石墨由于結(jié)構(gòu)細(xì)密，焙燒過(guò)程要求要特別緩慢，而且爐內(nèi)溫度要非常均勻，尤其是在瀝青揮發(fā)分急劇排出的溫度階段，加熱過(guò)程要謹(jǐn)慎進(jìn)行，升溫速度不能超過(guò)1℃/h，爐內(nèi)溫差要求小于20℃，此工藝需要約1～2個(gè)月的時(shí)間。

7、浸漬

焙燒過(guò)程中，煤瀝青揮發(fā)分被排出，留下細(xì)微的開(kāi)口氣孔。為了提高制品的體積密度、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率、抗化學(xué)反應(yīng)性，可以用加壓浸漬法進(jìn)行處理，即通過(guò)開(kāi)口氣孔把煤瀝青浸漬到制品內(nèi)部。制品要先進(jìn)行預(yù)熱，然后在浸漬罐中抽真空脫氣，再把熔化好的煤瀝青加入浸漬罐中，加壓使浸漬劑瀝青進(jìn)入制品內(nèi)部。通常等靜壓石墨要經(jīng)過(guò)多次的浸漬—焙燒循環(huán)。

8、石墨化

把焙燒后的制品加熱到約3000℃，碳原子晶格有序排列，完成由炭向石墨的轉(zhuǎn)變，叫石墨化。石墨化方法有艾奇遜法、內(nèi)熱串接法、高頻感應(yīng)法等。通常的艾奇遜法，制品從裝爐到出爐，大約需要1～1.5個(gè)月的時(shí)間。每爐可以處理幾噸到幾十噸的焙燒品。石墨化后，制品的體積密度、導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率及抗腐蝕性能得到很大程度的改善，機(jī)械加工性能也得到了改善。但石墨化會(huì)降低制品的抗折強(qiáng)度。

9、檢查

石墨化后，還需要對(duì)制品的密度、硬度、強(qiáng)度、電阻率、灰分等指標(biāo)進(jìn)行檢查，以判斷是否達(dá)到指標(biāo)要求。

10、提純

等靜壓石墨在用于半導(dǎo)體、單晶硅、原子能等領(lǐng)域時(shí)，對(duì)純度的要求很高，必須用化學(xué)方法將雜質(zhì)除去。通常做法是把石墨化制品放入鹵素氣體中加熱到約2000℃，雜質(zhì)就被鹵化成低沸點(diǎn)的鹵化物而揮發(fā)除掉。幾乎所有的石墨化制品中的雜質(zhì)元素均能用氯氣鹵化除掉。但是硼元素例外，它只能氟化除掉。

等靜壓石墨從原料準(zhǔn)備到最后的成品出來(lái)，周期比較長(zhǎng)。對(duì)原料的細(xì)磨要求也比普通石墨電極的要高。桂林鴻程超細(xì)立式磨可用于一次磨和二次磨工序中，是高效節(jié)能的粉磨裝備，可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，成品純度高，分級(jí)精度高，環(huán)保性能好，關(guān)注抖音@桂林鴻程磨粉機(jī)了解更多客戶(hù)案例。