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。

采用等静压机成型时，产品各方位受力均匀，体积密度比较均一，且不受产品高度的限制。

3、可以制造大规格制品

由于信息产业的飞速发展，单晶硅的直径不断向大直径方向延伸，已由原来的75-100mm，发展到150-200mm，而且正向250mm、300mm发展。需要石墨材料的直径也随之增加。此外电火花加工用石墨、连铸石墨、核反应堆用石墨亦需大规格制品，如当今商品市场上已出现?1500×2000mm的石墨制品。而采用模压方法是无法完成的。这是因为它受到下列制约：（1）压机吨位的限制

以产品直径1500mm为例，假如压制单位压力为100MPa，则压制的使用压力将为：17，662.5t，设计的吨位将更高。虽然当今制造这样高吨位的压机，并不困难，但是假如制品长度加大，则此压机将是一个庞然大物。造价亦十分可观。

（2）产品高度的限制

目前采用双面压制模压产品的高度，也只能在300-400mm之间，假如制品高度为2，000mm，在通常情况下，上滑块与压机床面高度与制品高度比是4：1，那么压机的空间距离将达到8000mm。虽然对压机和模具进行结构改变，有望降低一些高度，但压机的设计与制造上将遇到很大的困难。更何况如此高的产品，其体积密度上的差异，将十分明显。甚至造成中间部位无法成型的状态。

（3）焙烧的限制

统计数据表明，炭石墨制品的生产废品，70%以上是焙烧工序造成的，废品的主要形式是产品的内、外部裂纹。造成焙烧产品开裂的原因很多，诸如配方的合理性、粘结剂的加入量多少、单位压力的大小、焙烧曲线的快慢、产品受热的均匀程度、焙烧低温过程的“浸氧”、填充料的性质等等，但不可否认，制品体积密度的不均匀，是产品内部结构缺欠所造成焙烧开裂的主要元凶之一。这是因为体积密度的不同，膨胀系数便有差异，在焙烧过程中，将产生不均衡的内应力。当这种内应力超过制品本身强度时，便因内应力释放而开裂。这种开裂不仅在焙烧过程中产生，在冷却过程也易于产生。

由于等静压机成型的产品，如上所述，在很大程度上，克服了体积密度的不均匀性，不仅在产品规格相同的情况下，产品开裂的可能性大幅度降低，而且使生产大规模产品成为可能。除上述之外，采用等静压机成型的等静压石墨，除圆形和板材之外，还可以制造异形产品。更重要的是，产品性能与产品的规格大小无关。

4、各向同性石墨与各向异性石墨的性能比较

各向同性石墨与各向异性石墨的性能比较见表3-1

表3-1 各向同性石墨与各向异性石墨的特性比较

对比项目各向同性石墨各向异性石墨

各向异性比 1.0-1.1 大于1.1

平均焦炭颗粒直径/?m 1-10 10-100

体积密度/（g/cm3） 1.7-2.0 1.6-1.8

抗折强度/MPa 39.2-98 29.4-58.8

毛坯尺寸/mm

最大直径-圆筒形1500 500

最大直径-圆柱形1100 500

最大长度2500 500

毛坯形状可以制造长尺寸和异形材料不能制造长尺寸和异形制品

毛坯尺寸与特性特性与毛坯形状尺寸无关根据毛坯形状、尺寸大小特性不同

毛坯尺寸精度精度不好精度较好

毛坯内离散程度体积密度的R值与毛坯内部位置无关，特性离散小，0.03

以内

中心部位与周边部位特性有差异，0.06

左右

体积密度LOT间的离散±0.03±0.6