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等靜壓石墨的特性及應用

等靜壓石墨是上世紀 60 年代發展起來的一種新型炭石墨材料,具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、電導率和熱導率良好、自潤滑性、熱膨脹系數低以及高溫狀態下仍保持良好的強度等性能,被廣泛應用于機械、化工、電子、航空航天和核工業等高科技領域。

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 ,如生產煉鋼用石墨電極;模壓成型 (包括震動成型 )及用于鋁業炭素和電炭制品;等靜壓成型。

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 ,人們稱其為: “各向異性”。這種“各向異性”對煉鋼用石墨電極、電機用電刷來說 ,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合 ,卻不需要“各向異性” ,而需要“各向同性”。 于是出現了等靜壓石墨。

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序狀態(如圖 1, c)所示。 從而使最終產品沒有或很少有性能上的差異。方向上的性能比不大于 1. 1。人們稱其為: “各向同性”。


體積密度的均一性


為制造細結構 ,質地致密 ,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 ,無論是單面壓制或雙面壓制 ,受摩擦力 (炭質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。

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

等靜壓石墨的主要用途

直拉單晶硅熱場和多晶硅鑄錠爐用加熱器

在直拉單晶硅熱場中,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。

在太陽能電池多晶硅片的制造過程中,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制作。


原子能工業


核裂變堆( 高溫氣冷堆),石墨是中子的慢化劑和優良的反射劑。


核聚變反應堆,導熱性好、機械強度高的石墨材料被用做面對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域。


有色金屬連鑄用石墨結晶器


由于等靜壓石墨材料在熱傳導、熱穩定、自潤滑、抗浸潤及化學惰性等方面具有良好的性能,使之成為制作結晶器不可替代的材料。

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