石墨的成型方式包括等静压石墨、模压石墨和挤压石墨。
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等静压石墨
等静压石墨是由高纯石墨压制而成。等静压石墨是指采用等静压成型方式生产的石墨材料,也叫各向同性石墨。
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。根据流体力学原理,其压强大小不变且均匀的传递到各个方向,因此高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀和大小一致的。采用这种方法使粉料致密成坯体的方法称为等静压成型。按照等静压成型时的温度划分,还可分为冷等静压、温等静压和热等静压。热等静压生产的石墨性能最高,单价格昂贵。
等静压石墨具有以下优点:
适合大规模成型、压制异型制品。由于采用液体加压,表明均匀受力压缩;压力可达160-200MPa甚至更高,压缩强度高,因此适合压制大规格制品。可以改变模具形状直接压制成异型坯。
材料组织结构致密均匀,硬度高、强度高。液体加压,制品均匀受力;可选保压时间以及控制泄压速度,是压制超细结构产品的前提条件之一;压力大、强度高,因此制品硬度和强度均较高。
各向同性(特性尺寸、形状、取样方向无关)。由于液体中加压,各向压力相同,制品具有各向同性。等静压石墨具有高强度、高密度、高纯度、化学稳定性高、结构致密均匀、耐高温、耐辐射、导电率高、耐磨性好、易加工等优点。
等静压石墨的应用领域包括以下几个方面:
1)直接式单晶硅炉用石墨材料:
半导体单晶炉采用石墨材料制造坩埚、加热器、隔热屏以及配件。配套石墨件规格为下表:
单晶规格(英寸) |
坩埚尺寸(英寸) |
最大石墨件尺寸(mm) |
2-3 |
8 |
250 |
3-4 |
10 |
330 |
4-5 |
12 |
400 |
5-6 |
18 |
500 |
8 |
22 |
700 |
2)有色冶金连铸用石墨结晶器:
为了缩短生产工艺流程,降低成本,提高质量,减少劳动强度和对环境的污染,20多年来金属材料生产逐渐向连铸方向发展。
至今铜、铝材基本实现了连生产,结晶器用高纯石墨,钢材连铸产量已达到80%以上(但结晶器大部分未用石墨)。
等静压石墨主要用于大型铜材生产线。
3)电火花加工用石墨:
电火花加工是当今模具行业的一次革命,它不仅简化了传统工艺手段,而且使制造异形模具成为可能。等静压石墨因具有各向同性,是制造电火花石墨电极的最佳材料。
4)石英坩埚模具用石墨材料:
石英坩埚是直拉单晶硅的容器,而制造石英坩埚用石墨坩埚作为成型材料。
5)其他方面:
除上述几个主要用途之外,等静压石墨在硬质合金(真空炉发热器、烧结板等)、采矿(制造钻头模具)、化工(换热器及防腐件)、冶金(钳锅)、机械(机械密封)、宇航(喷嘴等)、石墨反应堆(减速材及反射材)等领域被广泛使用。
2、模压石墨......