1.概(gai)述(shu)

1.1兩(liang)大(da)類別(bie)的石墨(mo)

本(ben)報(bao)告(gao)，是(shi)在(zai)圍繞半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)（即(ji)電(dian)子工(gong)程用(yong)）石墨(mo)制(zhi)品的品種(zhong)、生(sheng)產(chan)制(zhi)造過程、產(chan)品性能、生(sheng)產(chan)廠(chang)家、具體(ti)應(ying)用(yong)領(ling)域情(qing)況(kuang)、市(shi)場(chang)規模(mo)及發(fa)展(zhan)趨(qu)勢等(deng)方(fang)面做的行業(ye)調(tiao)研(yan)的基礎(chu)上(shang)編寫(xie)的。

石墨(mo)（graphite）材(cai)料(liao)的來源(yuan)分為(wei)天(tian)然(ran)石墨(mo)和(he)人(ren)造石墨(mo)兩(liang)類。盡管(guan)天(tian)然(ran)石墨(mo)優(you)異的理(li)化(hua)性能使(shi)之在(zai)各個(ge)科技(ji)工(gong)程領(ling)域受(shou)到重(zhong)視(shi)和(he)廣泛的應用(yong)，但(dan)是(shi)天(tian)然(ran)石墨(mo)的粉體(ti)形(xing)態(tai)使其(qi)應用(yong)受(shou)到了很(hen)大限制(zhi)，因(yin)此發(fa)展(zhan)出人(ren)造石墨(mo)，成為(wei)壹(yi)項(xiang)具有(you)廣(guang)闊市(shi)場(chang)前景(jing)的重(zhong)要任(ren)務(wu)。本報(bao)告(gao)所(suo)涉及、調(tiao)研(yan)的半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品，主要就(jiu)是(shi)由(you)人(ren)造石墨(mo)材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)原(yuan)料(liao)制(zhi)出的。

天(tian)然(ran)石墨(mo)最(zui)常見於變(bian)質(zhi)巖中，是(shi)有(you)機(ji)碳(tan)物(wu)質(zhi)變(bian)質(zhi)形(xing)成的，煤層(ceng)經(jing)熱(re)變(bian)質(zhi)也(ye)可(ke)形成石墨(mo)。有(you)些火(huo)成巖中也(ye)可(ke)出現少量石墨(mo)。天(tian)然(ran)石墨(mo)外(wai)形壹(yi)般(ban)為(wei)鱗(lin)片(pian)狀或顆(ke)粒(li)狀的粉體(ti)。自(zi)然(ran)界(jie)中純(chun)凈的石墨(mo)是(shi)沒(mei)有(you)的。它往(wang)往(wang)含(han)有(you)Si02、Al203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等(deng)雜(za)質(zhi)。這(zhe)些雜(za)質(zhi)常(chang)以(yi)石英、黃鐵礦(kuang)、碳(tan)酸(suan)鹽(yan)等礦(kuang)物(wu)形(xing)式(shi)出(chu)現(xian)。此外(wai)，還有(you)水(shui)、瀝(li)青、CO2、H2、CH4、N2等氣體(ti)部分。

天(tian)然(ran)石墨(mo)的結晶(jing)形(xing)態(tai)不同(tong)的石墨(mo)礦(kuang)物(wu)，具(ju)有(you)不同(tong)的工(gong)業(ye)價(jia)值(zhi)和(he)用(yong)途。可(ke)將工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)的天(tian)然(ran)石墨(mo)根(gen)據結晶(jing)形(xing)態(tai)不同(tong)分為(wei)三類，即致密(mi)結晶(jing)狀石墨(mo)、鱗(lin)片(pian)石墨(mo)、隱(yin)晶質(zhi)石墨(mo)。

我(wo)國(guo)具有(you)豐(feng)富(fu)的天(tian)然(ran)石墨(mo)資(zi)源(yuan)，特(te)別(bie)是(shi)晶(jing)質(zhi)的鱗(lin)片(pian)石墨(mo)，儲量、產(chan)量以(yi)及國(guo)際貿易量均居(ju)世界(jie)首位，堪(kan)稱石墨(mo)大(da)國(guo)。世界(jie)已(yi)探明(ming)的晶質(zhi)石墨(mo)儲量2.3億t，我(wo)國(guo)占有(you)1.7億t，世界(jie)遠(yuan)景儲量7億t,我(wo)國(guo)為(wei)4億t。

目(mu)前(qian)產(chan)業(ye)界(jie)內(nei)大(da)量使用(yong)的成形石墨(mo)都是(shi)人(ren)造石墨(mo)（Synthetic Graphite，日(ri)文：“人(ren)造黑(hei)鉛(qian)”）材(cai)料(liao)。人(ren)造石墨(mo)是(shi)其(qi)石油焦(jiao)、煤類、硬瀝(li)青焦等為(wei)主要原(yuan)料(liao)，經(jing)過3000℃左右(you)高(gao)溫石墨(mo)化(hua)，再添加(jia)特(te)種(zhong)添(tian)加(jia)劑制(zhi)成制(zhi)作石墨(mo)制(zhi)品的原(yuan)材(cai)料(liao)。因(yin)天(tian)然(ran)石墨(mo)的粉體(ti)形(xing)態(tai)使其(qi)應用(yong)受(shou)到很(hen)大限制(zhi)，因(yin)此發(fa)展(zhan)出人(ren)造石墨(mo)制(zhi)品及相(xiang)關(guan)產(chan)業(ye)成為(wei)今後(hou)重(zhong)要方(fang)面。

1.2石墨(mo)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域的廣泛(fan)應(ying)用(yong)

石墨(mo)有(you)廣(guang)闊的應用(yong)市(shi)場(chang)，它在(zai)許多工(gong)業(ye)領(ling)域中得(de)到應(ying)用(yong)。

碳(tan)-石墨(mo)的應用(yong)領(ling)域例(li)：鋼鐵工(gong)業(ye)、有(you)色金(jin)屬工(gong)業(ye)、高(gao)溫技術、汽車工(gong)業(ye)、賽(sai)車/賽(sai)艇用(yong)品、體(ti)育(yu)裝備、工(gong)業(ye)織(zhi)物(wu)、航(hang)天(tian)航(hang)空(kong)、衛星(xing)技(ji)術(shu)、防禦技術、海事(shi)技術(shu)、能源(yuan)工(gong)業(ye)、太陽能技(ji)術、發(fa)電(dian)技術、核技術(shu)、化(hua)學工(gong)業(ye)、環(huan)境保護、制(zhi)藥技術、化(hua)肥(fei)工(gong)業(ye)、機(ji)械工(gong)程、工(gong)藝設備(bei)、密(mi)封技術(shu)、工(gong)具(ju)制(zhi)造、塑(su)料(liao)、玻(bo)璃(li)陶瓷(ci)、造(zao)紙、建築技術(shu)、家用(yong)電(dian)器(qi)、電(dian)子工(gong)業(ye)、半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術、電工(gong)技(ji)術(shu)、醫(yi)用(yong)工(gong)業(ye)、測(ce)量和試(shi)驗工(gong)業(ye)。

碳(tan)-石墨(mo)的應用(yong)產(chan)品例(li)：石墨(mo)電(dian)極、陰(yin)極塊、爐(lu)襯(chen)、碳(tan)電極、電子半(ban)導(dao)體(ti)用(yong)碳(tan)石墨(mo)、工(gong)業(ye)用(yong)碳(tan)石墨(mo)、高(gao)溫用(yong)碳(tan)石墨(mo)、汽車機械用(yong)碳(tan)石墨(mo)、電(dian)工(gong)用(yong)石墨(mo)、防腐工(gong)藝技術(shu)、碳纖(xian)維、剎(sha)車片(pian)、工(gong)業(ye)復合(he)材(cai)料(liao)、航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)復合(he)材(cai)料(liao)、燃(ran)料(liao)電(dian)池組件、天(tian)然(ran)膨(peng)脹石墨(mo)。

高(gao)科技產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)為(wei)高(gao)附加(jia)值的優質(zhi)高(gao)純石墨(mo)產(chan)品帶(dai)來了市(shi)場(chang)發(fa)展(zhan)的機遇(yu)。石墨(mo)材(cai)料(liao)在(zai)高(gao)速(su)、耐(nai)磨(mo)、防腐、節(jie)能、超(chao)小型等(deng)高(gao)科技應用(yong)領(ling)域中又(you)有(you)了新(xin)的應用(yong)。有(you)關(guan)統(tong)計資(zi)料(liao)預測(ce)，目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)每年(nian)還大(da)量的進口氟化(hua)石墨(mo)、高(gao)分子石墨(mo)復合(he)材(cai)料(liao)、高(gao)分子石墨(mo)復合(he)材(cai)料(liao)中添(tian)加(jia)劑石墨(mo)微粉（如(ru)著(zhe)色劑(ji)、強化(hua)劑、導(dao)電劑(ji)）、導(dao)電用(yong)石墨(mo)、潤(run)滑脂(zhi)等。特(te)別(bie)是(shi)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)的發(fa)展(zhan)、新能源(yuan)（如(ru)太陽電(dian)池）的發(fa)展(zhan)都在(zai)制(zhi)造過程中需(xu)求石墨(mo)制(zhi)品。目(mu)前(qian)在(zai)電子工(gong)程用(yong)的許多石墨(mo)制(zhi)品還需(xu)要大(da)量的依靠國(guo)外供(gong)應。這(zhe)些市(shi)場(chang)的需求，導(dao)致石墨(mo)近(jin)年來進口大幅的增(zeng)加(jia)。這(zhe)無疑是(shi)石墨(mo)工(gong)業(ye)經(jing)濟(ji)發(fa)展(zhan)的良機(ji)，也(ye)是(shi)石墨(mo)企業(ye)開拓新市場(chang)的重(zhong)大(da)機(ji)遇(yu)。

目(mu)前(qian)在(zai)電子產(chan)品應用(yong)市(shi)場(chang)中，需(xu)求呼(hu)聲最(zui)高(gao)的壹(yi)類石墨(mo)制(zhi)品是(shi)具(ju)有(you)高(gao)強度、高(gao)密(mi)度、高(gao)純度（含(han)碳量在(zai)99.99%以(yi)上）的石墨(mo)制(zhi)品（簡(jian)稱為(wei)“三高(gao)石墨(mo)”）。三(san)高(gao)石墨(mo)屬(shu)於“特(te)種(zhong)石墨(mo)”，它(ta)很大部分的產(chan)品是(shi)人(ren)造碳-石墨(mo)為(wei)原(yuan)料(liao)而制(zhi)成的，其(qi)工(gong)藝方(fang)法很大(da)部分采(cai)用(yong)等(deng)靜(jing)壓(ya)工(gong)藝法，生(sheng)產(chan)出(chu)的產(chan)品為(wei)各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)。例(li)如(ru)，應用(yong)於半(ban)導(dao)體(ti)生(sheng)產(chan)的直拉單(dan)晶(jing)矽爐熱(re)場(chang)中的特(te)種(zhong)石墨(mo)，就(jiu)是(shi)絕(jue)大(da)多數多采用(yong)高(gao)純細顆(ke)粒(li)的等靜(jing)壓(ya)各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)制(zhi)成的。

1.3石墨(mo)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域的應用(yong)

1.3.1應(ying)用(yong)市(shi)場(chang)發(fa)展(zhan)擴(kuo)大的過程

半(ban)導(dao)體(ti)的發(fa)展(zhan)與石墨(mo)材(cai)料(liao)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)中的應用(yong)是(shi)分不開的。在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)中，直(zhi)拉單(dan)晶(jing)爐的加(jia)熱(re)系統(tong)大(da)量采用(yong)高(gao)純石墨(mo)材(cai)料(liao)。還在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)矽(gui)片(pian)加(jia)工(gong)（包(bao)括(kuo)區(qu)熔、外延、外(wai)形(xing)加(jia)工(gong)等(deng)）中作(zuo)為(wei)輔助(zhu)工(gong)具(ju)、部件；在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)矽(gui)片(pian)用(yong)多晶矽材(cai)料(liao)的生產(chan)中為(wei)輔助(zhu)工(gong)具(ju)、部件。電子工(gong)程用(yong)石墨(mo)制(zhi)品，首先是(shi)實(shi)現(xian)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)中得(de)到應(ying)用(yong)。進入21世紀，光(guang)伏產(chan)業(ye)得(de)到了迅(xun)速(su)的發(fa)展(zhan)，太陽能電(dian)池用(yong)多晶矽錠(ding)材(cai)料(liao)在(zai)產(chan)量與市(shi)場(chang)上都出現(xian)了突飛(fei)猛(meng)進的增(zeng)大，這(zhe)也給石墨(mo)制(zhi)品在(zai)光伏產(chan)業(ye)領(ling)域提(ti)供了壹(yi)個(ge)發(fa)展(zhan)前景廣闊的新市(shi)場(chang)。太陽能電(dian)池矽片(pian)所(suo)需要的重(zhong)要原(yuan)材(cai)料(liao)鑄(zhu)錠(ding)多晶矽，在(zai)其(qi)生產(chan)裝置(zhi)鑄錠(ding)爐(lu)中開始(shi)大量的采用(yong)高(gao)純、優質(zhi)的石墨(mo)材(cai)料(liao)。

1.3.2石墨(mo)制(zhi)品的半(ban)導(dao)體(ti)應(ying)用(yong)市(shi)場(chang)概(gai)況(kuang)

直(zhi)拉單(dan)晶(jing)爐內使(shi)用(yong)的石墨(mo)部件是(shi)壹(yi)類易耗(hao)件，它由(you)各種(zhong)高(gao)純石墨(mo)加(jia)工(gong)而成。例(li)如(ru)其(qi)中的石墨(mo)坩(gan)堝及其(qi)他石墨(mo)部件采用(yong)了高(gao)純細顆(ke)粒(li)結構(gou)石墨(mo)；石墨(mo)加(jia)熱(re)器(qi)采(cai)用(yong)了高(gao)純各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)；石墨(mo)保溫(wen)罩(zhao)和石墨(mo)蓋(gai)板采用(yong)高(gao)純中顆(ke)粒(li)結構(gou)的石墨(mo)。

1.3.3石墨(mo)制(zhi)品的太陽電(dian)池應用(yong)市(shi)場(chang)概(gai)況(kuang)

在(zai)生產(chan)鑄(zhu)錠多晶矽設(she)備上(shang)，多個(ge)組件是(shi)需(xu)要石墨(mo)材(cai)料(liao)。特(te)別(bie)是(shi)鑄(zhu)錠(ding)爐(lu)加(jia)熱(re)器(qi)中使(shi)用(yong)的加(jia)熱(re)材(cai)料(liao)----高(gao)純石墨(mo)，以(yi)及所(suo)用(yong)的隔(ge)熱(re)材(cai)料(liao)---高(gao)純碳氈隔(ge)熱(re)材(cai)料(liao)，都是(shi)目(mu)前(qian)鑄錠多晶矽設(she)備重(zhong)要的、必不可(ke)少的配套(tao)材(cai)料(liao)。

由(you)於鑄(zhu)錠(ding)爐(lu)加(jia)熱(re)器(qi)的加(jia)熱(re)溫度很高(gao)（超(chao)過1600℃），它(ta)的加(jia)熱(re)材(cai)料(liao)又(you)要求不能與矽(gui)料(liao)反(fan)應、不對矽(gui)料(liao)造(zao)成汙染，可(ke)長期(qi)在(zai)真空及惰(duo)性氣氛中使(shi)用(yong)。符(fu)合(he)使(shi)用(yong)條件可(ke)供選擇的加(jia)熱(re)器(qi)有(you)金(jin)屬(shu)鎢(wu)、鉬(mu)和非金屬(shu)石墨(mo)等(deng)。由(you)於鎢(wu)、鉬(mu)價(jia)格昂貴(gui)，加(jia)工(gong)困(kun)難，而石墨(mo)來源(yuan)廣(guang)泛，可(ke)加(jia)工(gong)成各種(zhong)形(xing)狀。另外，石墨(mo)具(ju)有(you)熱(re)慣性小、可(ke)以(yi)快速(su)加(jia)熱(re)，耐高(gao)溫、耐熱(re)沖擊性好(hao)，輻射(she)面積大、加(jia)熱(re)效(xiao)率高(gao)、且基本(ben)性能穩(wen)定等特(te)點(dian)。正(zheng)因(yin)為(wei)如(ru)此，石墨(mo)材(cai)料(liao)已(yi)成為(wei)了鑄(zhu)錠爐(lu)加(jia)熱(re)器(qi)中首選的加(jia)熱(re)材(cai)料(liao)。鑄(zhu)錠(ding)爐(lu)加(jia)熱(re)器(qi)對於隔(ge)熱(re)材(cai)料(liao)有(you)著(zhe)嚴格的要求。它(ta)必(bi)須是(shi)耐(nai)高(gao)溫、密(mi)度低(di)、導(dao)熱(re)小、蓄熱(re)量少、隔(ge)熱(re)效(xiao)果(guo)好(hao)、放氣量少、重(zhong)量輕、膨(peng)脹系數(shu)小的材(cai)料(liao)。因(yin)此在(zai)眾多的耐火(huo)保溫(wen)材(cai)料(liao)中以(yi)高(gao)純碳氈最為(wei)理(li)想。

上(shang)述(shu)所(suo)舉(ju)例(li)的兩(liang)類在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域應(ying)用(yong)的石墨(mo)制(zhi)品，幾年(nian)前還是(shi)主(zhu)要是(shi)由(you)國(guo)外全部進口（或者是(shi)由(you)我(wo)國(guo)內地的外資(zi)企業(ye)提(ti)供(gong)）。但(dan)由(you)於我(wo)國(guo)石墨(mo)行業(ye)、半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)行業(ye)、電(dian)子工(gong)業(ye)設(she)備(bei)行業(ye)的共(gong)同(tong)努(nu)力，我(wo)國(guo)自(zi)行生(sheng)產(chan)的這(zhe)兩(liang)類石墨(mo)配(pei)套(tao)無論在(zai)制(zhi)造技(ji)術上，還是(shi)在(zai)應用(yong)技(ji)術(shu)上(shang)都取得(de)了巨(ju)大的進步，市場(chang)的格局(ju)也(ye)得(de)到了很(hen)大的改(gai)變(bian)。這(zhe)也給我(wo)國(guo)石墨(mo)行業(ye)在(zai)此方(fang)面開拓新市場(chang)提供(gong)了新(xin)機遇(yu)。但同(tong)時(shi)也(ye)需要看(kan)到，在(zai)我(wo)國(guo)大規(gui)格、高(gao)純各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)的市場(chang)在(zai)迅(xun)速(su)增(zeng)大的同(tong)時(shi)，我(wo)國(guo)在(zai)此方(fang)面的制(zhi)造技(ji)術仍(reng)有(you)不適應(ying)的方(fang)面，技術仍(reng)與國(guo)外先進國(guo)家有(you)很(hen)大(da)的差距(ju)。石墨(mo)制(zhi)品作為(wei)微電(dian)子、光(guang)伏產(chan)業(ye)的重(zhong)要基(ji)礎(chu)裝備材(cai)料(liao)，需(xu)要我(wo)國(guo)國(guo)內不斷(duan)在(zai)技術獲(huo)得(de)進步，與半(ban)導(dao)體(ti)行業(ye)、光(guang)伏(fu)電(dian)池用(yong)矽(gui)材(cai)料(liao)制(zhi)造行業(ye)加(jia)強合(he)作(zuo)，進壹(yi)步(bu)投資(zi)發(fa)展(zhan)為(wei)其(qi)配套(tao)的高(gao)檔(dang)石墨(mo)制(zhi)品，是(shi)壹(yi)件勢在(zai)必行的重(zhong)要工(gong)作(zuo)。

1.3.4碳(tan)-碳纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域的應用(yong)

石墨(mo)制(zhi)品在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域應(ying)用(yong)就(jiu)使用(yong)碳(tan)石墨(mo)類材(cai)料(liao)的類型來講，有(you)關(guan)業(ye)界(jie)專(zhuan)家(jia)認(ren)為(wei)，可(ke)以(yi)將它所(suo)用(yong)類型分為(wei)三類，或說(shuo)是(shi)三(san)個(ge)發(fa)展(zhan)的階段。第(di)壹(yi)類型為(wei)模壓(ya)（或擠壓(ya)、或振(zhen)動）成型工(gong)藝法的石墨(mo)制(zhi)品。這(zhe)類石墨(mo)制(zhi)品在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域應(ying)用(yong)的碳石墨(mo)材(cai)料(liao)產(chan)品群中，現(xian)在(zai)占有(you)很(hen)小(xiao)的壹(yi)部分。第(di)二類型為(wei)等靜(jing)壓(ya)成型工(gong)藝法的各向(xiang)同(tong)性高(gao)純石墨(mo)制(zhi)品。在(zai)目(mu)前(qian)的半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域中它(ta)得(de)到最(zui)廣泛(fan)的應用(yong)。它(ta)占(zhan)世(shi)界(jie)整個(ge)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域應(ying)用(yong)的石墨(mo)制(zhi)品量的約(yue)有(you)80%以(yi)上。第(di)三(san)類型為(wei)碳-碳(tan)纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)。這(zhe)是(shi)壹(yi)類在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域應(ying)用(yong)中替代石墨(mo)材(cai)料(liao)的更新(xin)型(xing)的材(cai)料(liao)及制(zhi)品。

采用(yong)碳(tan)-碳(tan)纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)看作(zuo)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域中作(zuo)為(wei)加(jia)熱(re)器(qi)、隔(ge)熱(re)材(cai)料(liao)等(deng)上(shang)應(ying)用(yong)的第(di)三(san)階段，也是(shi)壹(yi)個(ge)更高(gao)的技術(shu)發(fa)展(zhan)階段。但是(shi)並(bing)不講目(mu)前(qian)使用(yong)的各向(xiang)同(tong)性高(gao)純石墨(mo)制(zhi)品就(jiu)在(zai)以(yi)後(hou)被(bei)淘(tao)汰(tai)、全部被(bei)碳-碳纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)所(suo)替代。有(you)關(guan)業(ye)界(jie)專(zhuan)家(jia)認(ren)為(wei)，今後(hou)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)領(ling)域中應(ying)用(yong)的兩(liang)類材(cai)料(liao)及制(zhi)品誰(shui)也(ye)不能替代誰(shui)。預測(ce)在(zai)壹(yi)、二十(shi)年(nian)以(yi)後(hou)，會(hui)發(fa)展(zhan)成“各占半(ban)壁江山”的市場(chang)格局(ju)。

碳(tan)-碳復合(he)材(cai)料(liao)是(shi)炭(tan)纖(xian)維增(zeng)強炭(tan)基體(ti)復合(he)材(cai)料(liao)。它(ta)具(ju)有(you)質(zhi)量輕、耐燒(shao)蝕(shi)性好(hao)、抗熱(re)沖擊性好(hao)、損傷(shang)容(rong)限高(gao)、高(gao)溫強度高(gao)、可(ke)設計性強等突出(chu)特(te)點(dian)，因(yin)此，它(ta)在(zai)航(hang)天(tian)、航(hang)空(kong)、原(yuan)子能等(deng)許多領(ling)域有(you)較(jiao)廣(guang)泛(fan)的應用(yong)。且復合(he)材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)通(tong)過選(xuan)擇纖(xian)維的種(zhong)類、結構(gou)、數(shu)量和基(ji)體(ti)前(qian)驅體(ti)以(yi)及工(gong)藝條件來制(zhi)備符(fu)合(he)特(te)定用(yong)途所(suo)要求的性能和(he)形狀，因(yin)此其(qi)應用(yong)範(fan)圍越(yue)來越廣(guang)泛(fan)，也(ye)越來越受(shou)到人(ren)們(men)的重(zhong)視(shi)。碳(tan)-碳復合(he)材(cai)料(liao)強(qiang)度遠(yuan)遠(yuan)大於石墨(mo)的，其(qi)尺寸穩(wen)定性好(hao)、耐沖擊、抗(kang)熱(re)震性能好(hao)，其(qi)綜(zong)合(he)機(ji)械性能優(you)於石墨(mo)。該(gai)材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)通(tong)過純(chun)化(hua)處理(li)，使(shi)金屬雜(za)質(zhi)含(han)量可(ke)控制(zhi)在(zai)5ppm以(yi)下。

用(yong)作(zuo)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)碳(tan)-碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)熱(re)場(chang)產(chan)品，與傳(chuan)統(tong)石墨(mo)產(chan)品比較(jiao)，具有(you)以(yi)下突出(chu)優(you)點(dian)：﹙1﹚可(ke)以(yi)大幅(fu)度延長產(chan)品使用(yong)壽(shou)命(ming)，減(jian)少更換(huan)部件的次數(shu)，從(cong)而提(ti)高(gao)設備的利用(yong)率(lv)，減(jian)少維修(xiu)成本；﹙2﹚與傳(chuan)統(tong)石墨(mo)產(chan)品相(xiang)比，可(ke)以(yi)做得(de)更(geng)薄，從(cong)而可(ke)以(yi)利用(yong)現(xian)有(you)設(she)備(bei)生(sheng)產(chan)尺寸更(geng)長、更(geng)大直(zhi)徑(jing)的產(chan)品，可(ke)節約(yue)大量新設(she)備(bei)投資(zi)費用(yong)，也(ye)使(shi)得(de)其(qi)溫度場(chang)更均(jun)勻(yun)；﹙3﹚由(you)於其(qi)抗熱(re)震性好(hao)，在(zai)反(fan)復高(gao)溫熱(re)振條件下不易產(chan)生(sheng)裂紋(wen)，從(cong)而避(bi)免了溫(wen)度場(chang)的變(bian)化(hua)；﹙4﹚在(zai)拉制(zhi)大直(zhi)徑(jing)的產(chan)品時(shi)，傳(chuan)統(tong)石墨(mo)熱(re)場(chang)產(chan)品成型困難，而由(you)於碳(tan)-碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)優(you)異的性能，目(mu)前(qian)國(guo)外拉制(zhi)大直(zhi)徑(jing)的產(chan)品時(shi)，較(jiao)多地采(cai)用(yong)了碳(tan)-碳復合(he)材(cai)料(liao)熱(re)場(chang)產(chan)品；﹙5﹚在(zai)直拉單(dan)晶(jing)爐采用(yong)碳(tan)-碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)隔(ge)熱(re)﹙熱(re)屏(ping)﹚，由(you)於它(ta)的保溫(wen)效(xiao)果(guo)好(hao)，可(ke)比采用(yong)石墨(mo)材(cai)料(liao)節(jie)約(yue)壹(yi)定的能耗(hao)﹙有(you)的研(yan)究(jiu)成果(guo)提(ti)出可(ke)節省20%電(dian)能﹚。

根(gen)據中國(guo)電子材(cai)料(liao)行業(ye)協(xie)會(hui)的調(tiao)研(yan)，盡管(guan)世(shi)界(jie)及我(wo)國(guo)在(zai)碳-碳復合(he)材(cai)料(liao)替代在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品上取(qu)得(de)不小的進展，但它普(pu)遍還存在(zai)著(zhe)如(ru)下的問題(ti)：﹙1﹚制(zhi)造成本目(mu)前(qian)還很(hen)高(gao)﹙壹(yi)般(ban)是(shi)石墨(mo)制(zhi)品的壹(yi)倍，甚(shen)至更(geng)高(gao)些﹚。﹙2﹚碳(tan)-碳纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)在(zai)制(zhi)造中生(sheng)產(chan)周(zhou)期長，實(shi)現大(da)批(pi)量生產(chan)速(su)度低(di)下。﹙3﹚就(jiu)國(guo)內的碳-碳(tan)纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)產(chan)品制(zhi)造講，國(guo)內的碳纖(xian)維材(cai)料(liao)仍(reng)基本不能生(sheng)產(chan)，需(xu)靠國(guo)外進口。﹙4﹚由(you)於制(zhi)造半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)碳(tan)-碳(tan)纖(xian)維復合(he)材(cai)料(liao)研(yan)發(fa)、生(sheng)產(chan)的歷(li)史(shi)還很(hen)短，在(zai)工(gong)藝上的成熟程度不夠，因(yin)此某些項(xiang)性能上(shang)仍(reng)有(you)待提高(gao)。

本調(tiao)研(yan)報(bao)告(gao)，未包(bao)括(kuo)半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)碳(tan)-碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)部分，又(you)因(yin)它(ta)的發(fa)展(zhan)，對今後(hou)的半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品今後(hou)市場(chang)走勢(shi)是(shi)有(you)壹(yi)定影(ying)響(xiang)的，為(wei)此在(zai)報(bao)告(gao)本節內，加(jia)入此方(fang)面的內容(rong)闡(chan)述(shu)。



2.半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品概(gai)述(shu)

2.1石墨(mo)的結構(gou)特(te)性

碳﹙C﹚元(yuan)素有(you)三(san)種(zhong)異構(gou)體(ti)：壹(yi)種(zhong)是(shi)無定形碳(tan)，如(ru)木炭(tan)、焦(jiao)炭(tan)、炭黑(hei)等(deng)；另兩(liang)種(zhong)是(shi)結晶(jing)形(xing)碳(tan)，即石墨(mo)和(he)金剛石。無定形碳(tan)經(jing)高(gao)溫處理(li)可(ke)轉(zhuan)化(hua)為(wei)石墨(mo)。石墨(mo)在(zai)催化(hua)劑作(zuo)用(yong)和(he)高(gao)壓(ya)、高(gao)溫條件下又(you)可(ke)轉(zhuan)化(hua)為(wei)金剛石。這(zhe)也是(shi)人(ren)造石墨(mo)和(he)人(ren)造金剛石的生產(chan)方(fang)法。

碳元(yuan)素的三種(zhong)異構(gou)體(ti)，其(qi)原(yuan)子的空間排列各不相(xiang)同(tong)。石墨(mo)屬(shu)六方(fang)晶系，各層(ceng)面由(you)六角形環(huan)構(gou)成，層(ceng)面與層(ceng)面平行，呈(cheng)有(you)序(xu)的重(zhong)疊(die)晶(jing)體(ti)結構(gou)；金(jin)剛石屬立(li)方(fang)晶系的四面體(ti)結構(gou)；而無定形碳(tan)雖(sui)有(you)微晶(jing)，但(dan)沒(mei)有(you)像(xiang)石墨(mo)那樣的有(you)序(xu)排列。

石墨(mo)﹙graphite﹚是(shi)碳(tan)質(zhi)元(yuan)素結晶(jing)礦(kuang)物(wu)，它(ta)的結晶(jing)格架為(wei)六邊(bian)形層(ceng)狀結構(gou)。每壹(yi)網(wang)層(ceng)間的距(ju)離(li)為(wei)0.3354nm。

石墨(mo)晶(jing)體(ti)呈(cheng)壹(yi)種(zhong)層(ceng)狀點(dian)陣(zhen)，由(you)許多碳原(yuan)子，碳(tan)原(yuan)子為(wei)sp2雜(za)化(hua)態(tai)，它們(men)互相(xiang)平行重(zhong)疊(die)而成。最常見(jian)的石墨(mo)晶(jing)體(ti)多屬於六方(fang)晶系。晶(jing)體(ti)結構(gou)具(ju)有(you)明(ming)顯的各向(xiang)異性。



2.2石墨(mo)的主要物(wu)理(li)特(te)性

表(biao)2-1 石墨(mo)的主要物(wu)理(li)特(te)性分子量

項目(mu)

主(zhu)要物(wu)理(li)特(te)性

外觀

色澤(ze)黑(hei)灰(hui)色，質(zhi)軟，具有(you)金(jin)屬(shu)光(guang)澤(ze)。

英(ying)文名(ming)稱

Graphite

分子式(shi)

C

分子量

12.01

CAS登錄(lu)號(hao)

7782-42-5

EINECS登錄(lu)號

231-955-3

莫氏(shi)硬度為(wei)

1～2

比重(zhong)

1．9～2.3

容(rong)重(zhong)

壹(yi)般(ban)為(wei)1.5～1.8

溶點(dian)﹙真(zhen)空(kong)下(xia)﹚

在(zai)3000℃時(shi)才(cai)開始(shi)軟化(hua)的趨(qu)向(xiang)溶(rong)融狀態(tai)

比表(biao)面積

集中在(zai)1-20m2/g範圍

石墨(mo)質(zhi)軟，呈黑(hei)灰(hui)色，有(you)金(jin)屬(shu)光(guang)澤(ze)，有(you)油膩(ni)感(gan)，可(ke)汙染紙張。

石墨(mo)硬度為(wei)1～2，沿垂(chui)直方(fang)向(xiang)隨(sui)雜(za)質(zhi)的增(zeng)加(jia)其(qi)硬度可(ke)增(zeng)至3～5。比(bi)重(zhong)為(wei)1.9～2.3。比表(biao)面積範圍集(ji)中在(zai)1-20m2/g﹙由(you)北京(jing)金(jin)埃(ai)譜(pu)科技生(sheng)產(chan)的全自(zi)動F-Sorb2400比(bi)表(biao)面積儀BET方(fang)法測(ce)試﹚。在(zai)隔(ge)絕氧氣條件下，其(qi)熔點(dian)在(zai)3000℃以(yi)上，是(shi)最(zui)耐(nai)溫(wen)的礦(kuang)物(wu)之壹(yi)。

石墨(mo)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的導(dao)電、導(dao)熱(re)、抗腐蝕(shi)、耐輻射(she)、耐高(gao)低(di)溫等(deng)特(te)性，具有(you)良(liang)好(hao)的潤(run)滑性，性脆，強度較低(di)。

2.3半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品的主要原(yuan)料(liao)來源(yuan)

半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品絕大(da)多數采用(yong)人(ren)造石墨(mo)作(zuo)為(wei)原(yuan)料(liao)制(zhi)成。制(zhi)造人(ren)造石墨(mo)有(you)兩(liang)類原(yuan)材(cai)料(liao)。壹(yi)類是(shi)石油焦(jiao)，另壹(yi)類是(shi)煤(mei)瀝(li)青。石油焦(jiao)制(zhi)出的石墨(mo)制(zhi)品，具有(you)石墨(mo)化(hua)高(gao)、電阻小、表(biao)面潤(run)滑度高(gao)的特(te)點(dian)。煤(mei)瀝(li)青制(zhi)出的石墨(mo)制(zhi)品，在(zai)機械強度上較(jiao)高(gao)。作為(wei)人(ren)造石墨(mo)的主要原(yuan)材(cai)料(liao)是(shi)煆(duan)燒(shao)後(hou)石油焦(jiao)材(cai)料(liao)。石油焦(jiao)的煆燒(shao)起到了進壹(yi)步(bu)去除雜(za)質(zhi)、降(jiang)低(di)水(shui)分、揮(hui)發(fa)份(fen)的目(mu)的。

半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品有(you)較(jiao)低(di)灰分、高(gao)純的性能要求，因(yin)此在(zai)石油焦(jiao)原(yuan)料(liao)選(xuan)擇上首先要選(xuan)用(yong)含(han)雜(za)質(zhi)元(yuan)素很(hen)少的煆燒(shao)後(hou)石油焦(jiao)品種(zhong)。其(qi)中，石油焦(jiao)中的針狀焦(jiao)品種(zhong)較(jiao)為(wei)理(li)想。

隨(sui)著(zhe)國(guo)產(chan)原(yuan)油逐漸(jian)重(zhong)質(zhi)化(hua)、重(zhong)質(zhi)燃(ran)料(liao)油市(shi)場(chang)的縮小(xiao)以(yi)及環(huan)保對汽油、柴(chai)油質(zhi)量要求的提高(gao)，焦化(hua)已(yi)成為(wei)重(zhong)要的渣油加(jia)工(gong)手(shou)段，越來越多的石油焦(jiao)投放到市(shi)場(chang)。全球(qiu)石油焦(jiao)的消(xiao)費量隨著(zhe)原(yuan)油生(sheng)產(chan)和(he)消(xiao)費的增(zeng)長而逐年(nian)增(zeng)長。

2001年(nian)～2005年世(shi)界(jie)石油焦(jiao)的產(chan)量年均(jun)增(zeng)速(su)為(wei)2%，世界(jie)石油焦(jiao)供應(ying)增(zeng)速(su)減(jian)緩(huan)。美(mei)國(guo)是(shi)石油焦(jiao)主要生(sheng)產(chan)大(da)國(guo)，其(qi)產(chan)量占世(shi)界(jie)總產(chan)量的61%；加(jia)拿(na)大的石油焦(jiao)世界(jie)占(zhan)有(you)率(lv)約(yue)為(wei)8%；南美(mei)石油焦(jiao)主要生(sheng)產(chan)地為(wei)巴西(xi)、阿(e)根廷(ting)、委內瑞拉等(deng)國(guo)家，產(chan)品以(yi)電極焦為(wei)主，大(da)部分供(gong)應(ying)美國(guo)市場(chang)；歐(ou)洲的石油焦(jiao)基本(ben)自(zi)給自(zi)足(zu)；亞(ya)洲﹙不包(bao)括(kuo)中國(guo)大陸(lu)﹚石油焦(jiao)產(chan)量占世(shi)界(jie)總量6%，主要產(chan)地是(shi)科(ke)威(wei)特(te)、印(yin)尼、中國(guo)臺(tai)灣(wan)和(he)日(ri)本(ben)等(deng)國(guo)家和(he)地區(qu)。我(wo)國(guo)石油焦(jiao)生產(chan)自(zi)20世(shi)紀(ji)90年(nian)代以(yi)來得(de)到飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，目(mu)前(qian)產(chan)量占世(shi)界(jie)總產(chan)量的10%。美國(guo)、俄羅斯、中東和東歐(ou)國(guo)家的石油焦(jiao)均屬(shu)於高(gao)含(han)硫焦(jiao)。

目(mu)前(qian)，國(guo)內石油焦(jiao)生產(chan)企業(ye)共(gong)有(you)30多家，多數是(shi)中國(guo)石油、中國(guo)石化(hua)兩(liang)大(da)集(ji)團(tuan)的下屬(shu)企業(ye)，少數為(wei)地方(fang)小焦化(hua)企業(ye)。長期(qi)以(yi)來，除個(ge)別(bie)煉(lian)油廠(chang)外，我(wo)國(guo)加(jia)工(gong)的原(yuan)油硫(liu)含(han)量普(pu)遍偏低(di)，所(suo)以(yi)國(guo)內市(shi)場(chang)上石油焦(jiao)產(chan)品以(yi)中、低(di)含(han)硫石油焦(jiao)為(wei)主。隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)煉(lian)油行業(ye)加(jia)工(gong)進口中東等地區(qu)高(gao)含(han)硫原(yuan)油數(shu)量的增(zeng)加(jia)，國(guo)內高(gao)含(han)硫石油焦(jiao)產(chan)量增(zeng)加(jia)較快(kuai)，目(mu)前(qian)約(yue)占石油焦(jiao)總產(chan)量的20%。

目(mu)前(qian)，世界石油焦(jiao)消(xiao)費市場(chang)的結構(gou)為(wei)：煉(lian)鋼(gang)、電解鋁占(zhan)46%，燃(ran)料(liao)占(zhan)31%，電(dian)石占14%，原(yuan)料(liao)占(zhan)9%。

根(gen)據石油焦(jiao)結構(gou)和(he)外(wai)觀(guan)，石油焦(jiao)產(chan)品可(ke)分為(wei)針狀焦(jiao)、海綿(mian)焦(jiao)、彈(dan)丸(wan)焦(jiao)和粉焦

四種(zhong)：

（1）針(zhen)狀焦(jiao)，具(ju)有(you)明(ming)顯的針狀結構(gou)和(he)纖(xian)維紋(wen)理(li)，主(zhu)要用(yong)作(zuo)煉(lian)鋼(gang)中的高(gao)功率和超(chao)高(gao)功率石墨(mo)電(dian)極。由(you)於針(zhen)狀焦(jiao)在(zai)硫含(han)量、灰分、揮(hui)發(fa)分和(he)真(zhen)密(mi)度等方(fang)面有(you)嚴(yan)格質(zhi)量指標(biao)要求，所(suo)以(yi)對針(zhen)狀焦(jiao)的生產(chan)工(gong)藝和原(yuan)料(liao)都有(you)特(te)殊(shu)的要求。

（2）海綿(mian)焦(jiao)，化(hua)學反(fan)應性高(gao)，雜(za)質(zhi)含(han)量低(di)，主要用(yong)於煉(lian)鋁(lv)工(gong)業(ye)及碳(tan)素行業(ye)。

（3）彈(dan)丸(wan)焦(jiao)或球(qiu)狀焦(jiao)：形(xing)狀呈(cheng)圓(yuan)球(qiu)形，直(zhi)徑(jing)0.6-30mm，壹(yi)般(ban)是(shi)由(you)高(gao)硫、高(gao)瀝青質(zhi)渣(zha)油生(sheng)產(chan)，只能用(yong)作(zuo)發(fa)電(dian)、水(shui)泥(ni)等(deng)工(gong)業(ye)燃(ran)料(liao)。

（4）粉焦：經流(liu)態(tai)化(hua)焦化(hua)工(gong)藝生產(chan)，其(qi)顆(ke)粒(li)細﹙直(zhi)徑(jing)0.1-0.4mm﹚，揮(hui)發(fa)分高(gao)，熱(re)脹系數(shu)高(gao)，不能直(zhi)接用(yong)於電(dian)極制(zhi)備和(he)碳素行業(ye)。

根(gen)據硫(liu)含(han)量的不同(tong)，石油焦(jiao)可(ke)分為(wei)高(gao)硫焦﹙硫含(han)量3%以(yi)上﹚和(he)低(di)硫焦(jiao)﹙硫含(han)量3%以(yi)下﹚。高(gao)品質(zhi)的低(di)硫焦(jiao)的硫含(han)量小於0.5%。

半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品有(you)較(jiao)低(di)灰分、高(gao)純的性能要求，因(yin)此在(zai)石油焦(jiao)原(yuan)料(liao)選(xuan)擇上首先要選(xuan)用(yong)含(han)雜(za)質(zhi)元(yuan)素很(hen)少的石油焦(jiao)品種(zhong)。其(qi)中，石油焦(jiao)中的針狀焦(jiao)品種(zhong)較(jiao)為(wei)理(li)想。

2.4半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品的主要特(te)性

半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品的主要特(te)性如(ru)下：

（1） 密(mi)度

石墨(mo)單(dan)晶的理(li)論(lun)密(mi)度是(shi)2.26g/cm3，通(tong)常人(ren)造石墨(mo)的密(mi)度都在(zai)1.5-1.9g/cm3之間，固(gu)體(ti)的熱(re)解碳(tan)的密(mi)度可(ke)達2.1g/cm3，純石墨(mo)的密(mi)度值是(shi)其(qi)質(zhi)量除以(yi)體(ti)積(ji) ﹙含(han)所(suo)有(you)的氣孔(kong)﹚所(suo)得(de)的商。

（2） 機械強度

人(ren)造石墨(mo)不同(tong)於其(qi)它大(da)部分的材(cai)料(liao)，它(ta)的抗張、抗折(zhe)和抗壓(ya)強(qiang)度會(hui)隨著(zhe)溫度的升高(gao)而增(zeng)大，當達(da)到2200K之後(hou)，其(qi)強度會(hui)下降(jiang)。在(zai)2200K時(shi)，石墨(mo)的強度值較(jiao)室(shi)溫時(shi)高(gao)壹(yi)倍。

壹(yi)般(ban)用(yong)於半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏工(gong)業(ye)的石墨(mo)材(cai)料(liao)的抗壓(ya)強(qiang)度達到90-150Mpa；抗(kang)折強(qiang)度為(wei)40-65Mpa。

（3） 導(dao)電性

同(tong)其(qi)他金(jin)屬(shu)不同(tong)，石墨(mo)的電阻(zu)溫(wen)度系數(shu)是(shi)負(fu)數(shu)。石墨(mo)的導(dao)電性好(hao)。接近(jin)絕對零(ling)，只擁有(you)少數自(zi)由(you)電子，本(ben)身可(ke)充當絕(jue)緣體(ti)，隨(sui)著(zhe)溫度的上升(sheng)，其(qi)導(dao)電性會(hui)增(zeng)加(jia)。石墨(mo)的導(dao)電性較許多金屬要高(gao)，且隨著(zhe)溫度的增(zeng)加(jia)其(qi)數值(zhi)下(xia)降(jiang)。石墨(mo)的導(dao)熱(re)性隨著(zhe)其(qi)石墨(mo)化(hua)程度的不同(tong)而有(you)所(suo)不同(tong)。

（4） 熱(re)膨(peng)脹性

石墨(mo)的熱(re)膨(peng)脹系數(shu)以(yi)3×10-6K-1級排列，即(ji)只相(xiang)當於鐵的1/4。不同(tong)牌(pai)號(hao)的石墨(mo)其(qi)熱(re)膨(peng)脹系數(shu)值會(hui)有(you)所(suo)變(bian)化(hua)，也同(tong)石墨(mo)材(cai)料(liao)的各向(xiang)異性及溫(wen)度有(you)關(guan)。

（5） 比熱(re)

石墨(mo)的比熱(re)在(zai)500K-1500K溫度範圍內(nei)變(bian)化(hua)較大(da)，它(ta)隨(sui)著(zhe)溫度的增(zeng)高(gao)，也有(you)較(jiao)大(da)的增(zeng)高(gao)。而不同(tong)牌(pai)號(hao)的石墨(mo)，其(qi)比熱(re)變(bian)化(hua)很小(xiao)。

（6）耐(nai)溫(wen)性

石墨(mo)不會(hui)熔化(hua)，但在(zai)3900K溫度時(shi)能耐(nai)溫至750K。石墨(mo)有(you)非(fei)常(chang)好(hao)的抗熱(re)沖擊性能，因(yin)此急(ji)速(su)地加(jia)熱(re)或冷(leng)卻(que)，石墨(mo)都不會(hui)有(you)問(wen)題(ti)。

﹙7﹚可(ke)加(jia)工(gong)性

石墨(mo)容(rong)易加(jia)工(gong)，其(qi)邊(bian)緣強度和耐(nai)磨(mo)性好(hao)。結構(gou)復雜(za)、公差嚴格的部件都可(ke)以(yi)通(tong)過精(jing)加(jia)工(gong)獲(huo)得(de)。石墨(mo)具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的耐浸(jin)潤(run)性，它不會(hui)被(bei)熔化(hua)的玻(bo)璃(li)或大(da)部分金(jin)屬(shu)浸潤(run)。



3.半(ban)導(dao)體(ti)、光(guang)伏產(chan)業(ye)用(yong)石墨(mo)制(zhi)品的生產(chan)技(ji)術情(qing)況(kuang)

3.1石墨(mo)制(zhi)品的等靜(jing)壓(ya)成型生產(chan)技(ji)術

3.1.1等靜壓(ya)成型的主要設(she)備(bei)

世界(jie)上(shang)最早(zao)的壹(yi)臺(tai)等靜(jing)壓(ya)機(ji)是(shi)由(you)瑞典(dian)於1939年(nian)研(yan)制(zhi)成功的。目(mu)前(qian)仍(reng)是(shi)等(deng)靜(jing)壓(ya)機(ji)出(chu)口(kou)國(guo)。我(wo)國(guo)最早(zao)使用(yong)的冷、熱(re)等靜(jing)壓(ya)機(ji)，也(ye)是(shi)從(cong)該國(guo)引進的。等靜(jing)壓(ya)機(ji)最(zui)早(zao)使(shi)用(yong)在(zai)粉末冶金(jin)﹙包(bao)括(kuo)硬質(zhi)合(he)金(jin)﹚和(he)陶瓷(ci)工(gong)業(ye)上(shang)，後(hou)來為(wei)炭石墨(mo)材(cai)料(liao)行業(ye)所(suo)采用(yong)。

等(deng)靜(jing)壓(ya)成型設備(bei)主(zhu)要由(you)彈性模具、高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)、框(kuang)架和液(ye)壓(ya)系統(tong)組(zu)成。彈性模具壹(yi)般(ban)用(yong)橡膠或樹(shu)脂(zhi)合(he)成材(cai)料(liao)制(zhi)作，物(wu)料(liao)顆(ke)粒(li)大(da)小和形狀對彈(dan)性模具壽(shou)命(ming)有(you)較(jiao)大(da)影(ying)響(xiang)，模具(ju)設(she)計是(shi)液(ye)等靜壓(ya)成型的關(guan)鍵技術問(wen)題(ti)，彈(dan)性模具與制(zhi)品的尺寸和(he)均(jun)質(zhi)有(you)密(mi)切關(guan)系。高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)多數是(shi)用(yong)高(gao)強度合(he)金(jin)鋼(gang)直(zhi)接鑄(zhu)造後(hou)經機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)而成的厚辟金屬筒(tong)體(ti)，其(qi)強度足以(yi)抵抗強(qiang)大的液(ye)體(ti)壓(ya)力，筒(tong)體(ti)結構(gou)也(ye)有(you)多數形式(shi)，如(ru)雙層(ceng)組(zu)合(he)筒(tong)體(ti)、預應(ying)力鋼(gang)絲(si)繞加(jia)固筒(tong)體(ti)等(deng)。液(ye)壓(ya)系統(tong)由(you)低(di)壓(ya)泵、高(gao)壓(ya)泵和增(zeng)壓(ya)器(qi)及各種(zhong)閥門(men)組成，開始(shi)由(you)流(liu)量較大(da)的低(di)壓(ya)泵供油，達(da)到壹(yi)定壓(ya)力後(hou)由(you)高(gao)壓(ya)泵供油，並(bing)由(you)增(zeng)壓(ya)器(qi)進壹(yi)步(bu)增(zeng)加(jia)高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)內(nei)的液(ye)體(ti)壓(ya)力。

等(deng)靜(jing)壓(ya)機(ji)目(mu)前(qian)已(yi)有(you)冷(leng)等(deng)靜(jing)壓(ya)﹙常(chang)溫(wen)下(xia)使(shi)用(yong)﹚、溫(wen)等(deng)靜(jing)壓(ya)﹙介(jie)質(zhi)溫(wen)度為(wei)80-100℃）和熱(re)等靜(jing)壓(ya)（介(jie)質(zhi)溫(wen)度為(wei)1000℃以(yi)上﹚三(san)種(zhong)。

等(deng)靜壓(ya)成型設備(bei)又(you)分兩(liang)種(zhong)類型，即濕(shi)袋法(fa)冷等靜壓(ya)機(ji)和(he)幹(gan)袋(dai)法(fa)冷等靜(jing)壓(ya)機(ji)。

﹙1﹚ 濕(shi)袋法(fa)冷等靜壓(ya)機(ji)

此法(fa)將模具懸掛在(zai)高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)內(nei)，根據產(chan)品尺寸大(da)小(xiao)可(ke)裝入若(ruo)幹(gan)個(ge)模具(ju)，適用(yong)於批(pi)量小、尺寸不大、外(wai)形(xing)較復雜(za)的產(chan)品生產(chan)碳(tan)素制(zhi)品主要用(yong)濕(shi)袋法(fa)冷等靜壓(ya)機(ji)。

﹙2﹚幹(gan)袋(dai)法(fa)冷等靜(jing)壓(ya)機(ji)

此法(fa)適(shi)用(yong)於尺寸較(jiao)大(da)、生產(chan)量大的制(zhi)品，此時(shi)冷(leng)等靜(jing)壓(ya)機(ji)設(she)備(bei)也(ye)與濕(shi)袋法(fa)所(suo)用(yong)冷(leng)等(deng)靜(jing)壓(ya)機(ji)有(you)區(qu)別(bie)。它(ta)增(zeng)加(jia)了壓(ya)力沖(chong)頭、限位器(qi)和(he)頂料(liao)器(qi)，此法(fa)將彈性模具固定在(zai)高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)內(nei)，用(yong)限位器(qi)定位，因(yin)此又(you)稱為(wei)固定模法(fa)，生(sheng)產(chan)時(shi)用(yong)壓(ya)力沖(chong)頭將料(liao)粉裝入模(mo)具(ju)內並(bing)封閉(bi)上口加(jia)壓(ya)時(shi)，液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)註(zhu)入(ru)容(rong)器(qi)內(nei)的彈性模具外圍，對模(mo)具加(jia)壓(ya)脫模時(shi)不必取(qu)出(chu)模具(ju)，用(yong)頂料(liao)機(ji)構(gou)頂出(chu)成型後(hou)的生坯(pi)，批(pi)量生產(chan)特(te)種(zhong)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)多用(yong)這(zhe)種(zhong)等(deng)靜壓(ya)設(she)備(bei)。

等(deng)靜(jing)壓(ya)設(she)備(bei)的關(guan)鍵部件是(shi)缸(gang)體(ti)，通(tong)常承受(shou)壓(ya)力為(wei)200MPa，據悉(xi)，已(yi)能制(zhi)造最(zui)高(gao)可(ke)達1050MPa的缸體(ti)。缸(gang)體(ti)最(zui)早是(shi)整(zheng)體(ti)澆(jiao)鑄(zhu)，目(mu)前(qian)多數采用(yong)鋼(gang)絲(si)預應(ying)力纏(chan)繞而成。隨著(zhe)產(chan)品規格的大型(xing)化(hua)，缸體(ti)直(zhi)徑(jing)不斷(duan)向(xiang)大(da)型化(hua)發(fa)展(zhan)。目(mu)前(qian)，日本東洋碳(tan)素株(zhu)式(shi)會(hui)社(she)已(yi)能批(pi)量生產(chan)φ1500×2000mm的等靜(jing)壓(ya)石墨(mo)。據悉(xi)擬(ni)開發(fa)直(zhi)徑(jing)φ2000mm的產(chan)品。

我(wo)國(guo)在(zai)上世紀(ji)70年(nian)代開始(shi)制(zhi)造單(dan)壓(ya)200MPa,缸(gang)體(ti)直(zhi)徑(jing)為(wei)200mm的等靜(jing)壓(ya)機(ji)。80年(nian)代已(yi)能批(pi)量生產(chan)直(zhi)徑(jing)500mm和(he)800mm的等靜(jing)壓(ya)機(ji)。目(mu)前(qian)已(yi)能生(sheng)產(chan)直(zhi)徑(jing)1250mm，有(you)能力生(sheng)產(chan)直(zhi)徑(jing)為(wei)1500mm的等靜(jing)壓(ya)機(ji)。

等(deng)靜(jing)壓(ya)機(ji)除(chu)用(yong)於壓(ya)制(zhi)成型以(yi)外，用(yong)作(zuo)瀝(li)青浸漬裝置(zhi)，效(xiao)果(guo)十(shi)分明(ming)顯。將制(zhi)品與瀝(li)青裝於密(mi)封的金屬(shu)鋁(lv)皮中，放在(zai)熱(re)等靜(jing)壓(ya)機(ji)內(nei)，采(cai)用(yong)氣(qi)體(ti)介(jie)質(zhi)，升(sheng)溫(wen)，加(jia)壓(ya)，直(zhi)到瀝(li)青全部焦(jiao)化(hua)為(wei)止(zhi)。制(zhi)品將得(de)到最(zui)大的浸漬(zi)增(zeng)重(zhong)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)不僅瀝(li)青能進入制(zhi)品的全部氣(qi)孔(kong)，而且沒有(you)通(tong)常設備(bei)中，減(jian)壓(ya)後(hou)瀝青外溢和(he)焙燒(shao)時(shi)瀝(li)青外滲現象(xiang)。

3.1.2等(deng)靜(jing)壓(ya)成型的工(gong)藝操作(zuo)

等靜(jing)壓(ya)成型工(gong)藝操作(zuo)過程如(ru)下：

（1）模(mo)具(ju)準(zhun)備模(mo)具(ju)應選(xuan)擇耐油耐(nai)熱(re)的材(cai)料(liao)，如(ru)用(yong)天(tian)然(ran)橡膠制(zhi)成的模具(ju)浸(jin)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)油內(nei)只能使(shi)用(yong)1-2次(ci)，因(yin)此以(yi)變(bian)壓(ya)器(qi)油為(wei)壓(ya)力介(jie)質(zhi)時(shi)壹(yi)般(ban)選(xuan)用(yong)耐(nai)油性較好(hao)的氯丁(ding)橡膠，也可(ke)以(yi)選用(yong)聚(ju)氯乙烯塑料(liao)薄(bo)膜(mo)制(zhi)成模具。

（2）裝料(liao)裝入模(mo)具(ju)的原(yuan)料(liao)有(you)多種(zhong)，如(ru)末煆(duan)燒(shao)過的生石油焦(jiao)粉末﹙可(ke)不用(yong)粘(zhan)結劑(ji)﹚，煆(duan)燒(shao)過的石油焦(jiao)粉與瀝(li)青混(hun)捏成的糊料(liao)磨(mo)粉後(hou)使用(yong)。煆(duan)燒(shao)過的石油焦(jiao)磨(mo)成粉丙與粉狀瀝(li)青混(hun)合(he)後(hou)使用(yong)不同(tong)的原(yuan)料(liao)及配(pei)比(bi)可(ke)以(yi)獲得(de)不同(tong)的成型效(xiao)果(guo)及不同(tong)的物(wu)理(li)機(ji)械性能裝料(liao)時(shi)應(ying)同(tong)時(shi)振(zhen)動，使(shi)粉狀原(yuan)料(liao)在(zai)模具內(nei)初(chu)步密(mi)實裝完(wan)料(liao)後(hou)用(yong)手(shou)工(gong)對模(mo)具適當整(zheng)形(xing)，然後(hou)將模具另壹(yi)端塞上橡膠塞或塑(su)料(liao)塞(sai)，並(bing)用(yong)鐵絲紮緊(jin)，防止(zhi)液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)侵(qin)入模具，為(wei)了使(shi)粉料(liao)中的氣體(ti)能在(zai)受(shou)壓(ya)時(shi)充分排出，預先在(zai)粉料(liao)中插(cha)入排氣管(guan)，並(bing)外接真(zhen)空泵抽氣生產(chan)某些球(qiu)形產(chan)品時(shi)，則(ze)應先將粉料(liao)用(yong)模(mo)壓(ya)法(fa)預壓(ya)成球(qiu)體(ti)，再置(zhi)入相(xiang)應尺寸的等靜(jing)壓(ya)成型模具(ju)內(nei)；最(zui)後(hou)把(ba)裝好(hao)粉料(liao)的模具(ju)置(zhi)於高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)中，密(mi)封高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)入(ru)口後(hou)進行加(jia)壓(ya)。

（3）升(sheng)壓(ya)及降(jiang)壓(ya)啟(qi)動高(gao)壓(ya)泵，將液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)註(zhu)入(ru)高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)，並(bing)密(mi)切註意(yi)升壓(ya)及排氣情(qing)況(kuang)加(jia)壓(ya)壹(yi)般(ban)采(cai)取分階段逐步(bu)進行，例(li)如(ru)，先將壓(ya)力升(sheng)至5MPa,保持(chi)壹(yi)段時(shi)間，使(shi)模(mo)具(ju)內(nei)氣(qi)體(ti)部分排出，此時(shi)，粉料(liao)受(shou)壓(ya)體(ti)積(ji)收縮(suo)，因(yin)此高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)內(nei)壓(ya)力略(lve)有(you)下(xia)降(jiang)以(yi)後(hou)再次升(sheng)壓(ya)至20MPa左右(you)，排出部分氣(qi)體(ti)後(hou)粉料(liao)體(ti)積(ji)再次收縮(suo)，然後(hou)再壹(yi)次(ci)升高(gao)壓(ya)力到所(suo)需的工(gong)作(zuo)壓(ya)力，並(bing)在(zai)選定的高(gao)壓(ya)下(xia)保持(chi)20-60min後(hou)再降(jiang)壓(ya)待壓(ya)力降(jiang)至常(chang)壓(ya)時(shi)，打(da)開高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)入(ru)口後(hou)取出(chu)模(mo)具(ju)還可(ke)以(yi)采用(yong)對高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)加(jia)熱(re)的辦法(fa)升(sheng)壓(ya)，因(yin)液(ye)體(ti)受(shou)熱(re)體(ti)積(ji)膨(peng)脹，加(jia)熱(re)後(hou)壓(ya)力自(zi)動升(sheng)高(gao)，但這(zhe)種(zhong)壓(ya)力自(zi)動升(sheng)高(gao)有(you)壹(yi)定的限度。