太阳能发电原材料等静压石墨生产现状

太阳能发电原材料等静压石墨生产现状

刘荣华

如今光伏成为焦点，solarF阳光网（）对此整理了一些关于太阳能发电原材料的知识跟大家分享。

等静压石墨是上世纪60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。譬如，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不但不降低，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，等静压石墨在冶金、化学、电气、航空宇宙及原子能工业等领域得到广泛应用。其中，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。笔者参与收购整合中国第三大石墨矿，并斥巨资建立中国石墨产业应用园区，其中有项深加工产品为等静压石墨。下面谈谈我对等静压石墨的理解。

一、关于等静压的几个概念

1、等静压与等静压成型：

等静压：是指在各个方向上对经过密封的物料同时施加相等的压力状态；

等静压成型：是将待压物料经过密封后置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对物料进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向，因此高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。采用上述方法使粉料致密成坯体的方法称为等静压成型。

2、等静压石墨：等静压石墨是指采用等静压成型方式生产的石墨材料。等静压

石墨由于成型过程中通过液体压强均匀不变施压，制得的石墨材料性质优异，具有：成型规格大；坯料组织结构均匀；密度高，强度高；各向同性（特性与尺寸、形状、取样方向无关）等优点，因此等静压石墨也称为“各向同性”石墨。

二、等静压石墨的生产工艺

等静压石墨的生产工艺流程如图1所示。等静压石墨需要结构上各向同性的原料，需要将原料磨制成更细的粉末，需要应用冷等静压成型技术，焙烧周期非常长，为了达到目标密度，需要多次的浸渍-焙烧循环，石墨化的周期也要比普通石墨长得多。

其中，等静压成型环节至关重要，决定了等静压石墨的质量。目前国内炭素企业生产的等静压石墨直径没有国外炭素企业大，其原因就是和等静压成型环节相关。四川雅安川西机械厂生产的等静压机在国内处于领先地位，大多数炭素企业订购该厂生产的等静压机。

三、国内外企业生产等静压石墨现状

1.国外企业生产等静压石墨现状

国外生产主要集中在三家，大致如下：日本东洋碳素株式会社、法国罗兰碳素

集团、德国西格里集团，上述三家在国内均设有生产基地。

日本东洋碳素株式会社是总部设在大阪的一家具有66年历史的电刷、石墨等特殊碳产品的制造商，拥有雄厚的技术实力和广阔的销售市场。1974年，大规模冷等静压各向同性石墨在东洋炭素诞生。东洋碳素已能批量生产3150032000mm的等静压石墨。据悉拟开发直径32000mm的产品。1994年在上海松江工业园区投资建立上海东洋炭素工业有限公司。

法国罗兰碳素集团在国际上居领先地位的是石墨换热器产品，其基体也是采用等静压石墨材料。收购美国圣玛利工厂后等静压石墨材料应用方面取得较出色的拓展。2000年前后在中国寻求合作伙伴，最后在重庆成立重庆罗兰特种石墨有限公司，该公司于2007年10月投产，产能为4000吨/年，其产品计划70%出口，30%销售于中国市场。重庆罗兰特种石墨有限公司没有建压粉制作工序，而采用从国外直接运压粉在重庆厂成型方法，（主要是为了保密）。由于该厂一期工程中未建浸渍工序，成型坯料经一次焙烧后直接进行石墨化加工，所以与该公司产品密度和强度上难以达到先进水平，但不经过浸渍再焙烧的一焙品直接经石墨化工序加工后其体积密度就能达到1.76g/cm3左右的技术，值得国内等静压石墨生产企业学习研究。

德国西格里碳素集团（收购了林斯道夫炭素后更名为“西格里集团（SGL）”）和逊克炭素公司是德国从事等静压（各向同性）石墨开发和生产的主要企业。西格里集团产品，除等静压石墨外，还有挤压成型、模压成型制品，产品广泛用于光伏产业、电火花加工、金属连铸等众多行业，产品涉及行业及领域最广，在中国市场影响力很大。2006年，与日本东海碳素在上海奉贤工业园区合资建立西格里石墨技术（上海）有限公司。

2.国内企业生产等静压石墨现状

据初步统计，目前国内涉及等静压石墨研制和生产的企业约有：中钢集团新型材料（浙江）有限公司、成都炭素有限责任公司、雅安恒圣高纯石墨科技有限责任公司、四川士达特种炭材有限公司、宝丰县五星石墨有限公司等。以成都炭素有限责任公司产品产量和规格品种最多，成都炭素1994年安装由川西机械厂制造，型号为LDJ83-1250冷等静压机，其工作缸规格为830×1250mm，工作压力为200MPa。同年进行等静压石墨材料研发工作。通过十来年的生产实践摸索，具备了大批量向国内

外市场提供等静压石墨材料和制品的能力。企业围绕光伏产业的特点，根据单晶炉热场的特性，针对性的研究开发了热场用石墨系列产品。

3.国内外等静压石墨行业的差距

虽然经过多年努力，我国已能生产部分型号的等静压石墨，但大部分等静压石墨材料性能较低、品种单一、性能波动范围大、大规格高性能等静压石墨尚不能生产，因此，每年还要从国外进口大约3/4的等静压石墨坯料。不仅每年要流失2亿多美元的外汇，而且从某种意义上说，在一定程度上受控于外国著名炭素企业。

虽然我们有了自已的等静压石墨产品和产业，但是同国外的等静压石墨产品和生产企业相比较，总体上讲，至少还存在20～30年的差距。摆在我们面前的主要任务有两个：加速提高和改善中国等静压石墨的整体性能和应用领域，加速完成产业化进程。

四、我国等静压石墨行业市场分析

等静压石墨用途广泛，主要应用于太阳能电池及半导体晶片用石墨、核石墨、电极石墨、连续铸造结晶器石墨及模具石墨等。

在国内，等静压消费领域分布为：太阳能材料制造51.38%、电火花加工15.41%、块孔式热交换器和高温气冷堆各11.01%、连铸造5.5%、军工1.65%，光线和高温真空热处理各1.47%，其他1.1%。在金融危机后全球各主要国家大力发展新能源（尤其是太阳能）的带动下，2010年以来国内外单/多晶硅价格大幅上升，进而导致诸多厂家新建产能，这使得等静压石墨产销两旺。2010年全球每年消耗等静压石墨5.75万吨，中国消耗等静压石墨为1.6万吨。

目前，中国只能生产低品质的等静压石墨，高品质等静压石墨完全依赖进口。