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国外等静压石墨产业技术现状分析

时间:2023-04-05 14:09:33 点击:271次

等静压石墨是20世纪60年代发展起来的一种新型石墨材料,具有一系列优良性能。 与普通石墨相比,结构细密,均匀性好; 热膨胀系数极低,具有优良的抗光震性; 各向同性; 抗物理腐蚀性强,导热、导电性能好; 优良的机械加工性能。 正是由于这一系列的优良性能,等静压石墨被广泛应用于冶金、化学、电气、航空航天和原子能工业等领域。

作为全球制造大国和最大的光伏产品生产国,中国一直保持着对等静压石墨的巨大需求。 近年来,随着国外光伏产业的快速发展,我国对等静压石墨的需求量逐年扩大。 同期,由于我国等静压石墨生产企业技术基础薄弱以及国内企业的技术封锁,我国等静压石墨的产值和质量并未得到有效提升。

2012年,全球光伏产业遭遇了严重的产能短缺危机。 虽然等静压石墨行业因新增产能较多,产值持续下滑,企业盈利能力大幅下滑。 2013年国家出台了一系列刺激性新政策,使得光伏行业逐渐复苏,从而维持了等静压石墨需求的下降趋势。 2015年全球等静压石墨产值达到10万吨左右。

2017年我国等静压石墨需求量达1.8万吨,而同期等静压石墨产值仅为9500吨,供给缺口达8500吨。 目前,国内等静压石墨行业新进入者普遍存在的技术储备不足、产品结构不合理等问题短期内难以解决。

一、关于等静压的几个概念

1.1. 等静压和等静压

等静压:是指对被密封材料同时在各个方向施加等压的状态;

等静压:将被压物料置于密封后的高压容器中,利用液体介质的不可压缩性和传压均匀的性质,从各个方向对物料进行均匀加压。 当液体介质被压力泵注入压力容器时,根据流体传热的原理,其浮力是恒定的,并均匀地传递到各个方向,因此高压容器内粉体所承受的压力为在所有方向上均匀一致。 以上述方式将粉末致密化成坯体的方法称为等静压。

1.2. 等静压石墨:

等静压石墨是指采用等静压法生产的石墨材料。 由于等静压石墨在成型过程中受到液体浮力的均匀挤压,得到的石墨材料具有优良的性能,如:成型尺寸大; 铸件组织均匀; 高密度、高硬度; 各向同性(特征与规格、形状、取样方向)等优点,因此等静压石墨又称为“各向同性”石墨。

二、等静压石墨的特点

石墨冷铁_石墨冷铁制造工艺_石墨冷铁材质

等静压石墨除了具有普通碳素石墨材料的优良性能外,还不同于普通高纯石墨。 其主要特点是:

2.1 精细结构

作为结构材料,要求有较高的力学性能。 构成碳石墨材料的基本碳颗粒结构越细,玉质越致密,机械硬度越高。 目前国外冷压石墨制品(高纯、等静压石墨)通常采用-325目(0.)的颗粒结构,约占80%。 平均粒径没测过,大概在30μm左右。 碳分级颗粒越细,混合时配方中的粘合剂就越多。 这是因为颗粒越细,表面积越大,结合剂要均匀地涂在每个颗粒的表面,这样就给烧制过程造成了困难(脱落)。

2.2 大尺寸

用模压法制造更小尺寸(Φ以下)的产品,国外已有50年的生产经验,比较成熟。 但是,随着近年来科学技术的飞速发展,市场对产品规格尺寸的要求越来越高。 大型产品生产中的主要问题是烧结损耗。 尺寸越大,烧结损失的概率越高。

2.3 各向同性

传统的碳石墨制品,无论是冷成型还是热挤压制品,都具有明显的各向异性,即垂直于压力方向和水平于压力方向的性能不同。 这些差异比通常在1:1.2以上,所以称为各向异性。 在很多情况下,这些差异被充分利用,但差异越大越好。 如冶炼用石墨电极、电机用轴套等。这些差异是由于所用原料不同造成的,如石油焦、沥青焦、天然石墨粉等,由于炼铁工艺和制粉方法不同,粉末形状不规则。 也就是说,它的长宽方向比不为1,不相等。 这样,在压制成型时,颗粒会在压力的作用下有序排列。 在冷成型过程中,颗粒取向有利于水平排列,导致产品的各向异性。

3、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各向同性的原材料,需要将其研磨成更细的粉末。 需要冷等静压技术。 烧结周期很长。 为了达到目标密度,需要多次浸渍-焙烧。 周期,石墨化的周期也比普通石墨长很多。

其中,等静压非常重要,它决定了等静压石墨的质量。 目前国外碳素公司生产的等静压石墨半径没有美国碳素公司大。 原因与等静压工艺有关。

四、国内外企业等静压石墨生产现状

一、美国企业等静压石墨生产现状

石墨冷铁制造工艺_石墨冷铁_石墨冷铁材质

日本和波兰:两国等静压石墨研发水平不相上下。 前者的研发时间晚了20年左右。 由于投入不足,产品质量水平远远落后于美国、德国、法国、日本和中国。 处于发展和建立阶段。

台湾:台湾非常重视等静压石墨的研发。

目前,美国的等静压石墨在产值、质量、品种、规格及推广应用等方面已达到世界先进水平。 主要表现是:从事等静压石墨研发的企业数量最多、产品品种最多、产品规模最大、范围最广:除应用于半导体、太阳能等行业外,在冶金、机械加工、原子能等领域,法国等静压石墨也被推广应用到生物工程、电机制造等领域。

全球等静压石墨生产企业主要为英国、欧美企业,包括美国、日本的TOYO,德国、法国、德国的SGL,产能均在1万吨以上。 其中,SGL和TOYO在中国均设有生产基地。

二、国外企业等静压石墨生产现状

国外等静压石墨(各向同性石墨)的研究开发 20世纪60年代初,我国开始研究等静压技术,对碳、石墨等多种粉末进行了试制研究。 据初步统计,目前从事等静压石墨研发生产的国外企业约有9家:具备自主生产能力的企业

;;;; 中钢集团广东炭素; 中钢成都碳素厂;;; 庐山科信电碳; (鲁山科信电碳只有石墨化工序,其他工序均为租赁设备); 以上9家企业中,产品产值和规模品种最多。

三、国内外等静压石墨行业的差异

综观国内外的产品质量,尤其是用户反馈,我们发现我们与美国厂商相比还是有很大的差距,主要有以下几个方面:

(1)产品的机械硬度有待提高

碳、石墨制品属于延展性材料,其机械硬度在一定程度上受到阻碍,但确实是一项重要指标。 用户单位对此要求比较严格,与美国产品相比,确实有很大的不同。

提高制品的堆积密度是提高机械硬度的有效措施之一,但也有其局限性。 为了进一步提高机械性能,需要综合方法。

石墨冷铁_石墨冷铁制造工艺_石墨冷铁材质

(2) 需要提高酸值

碳、石墨产品的碱度(杂质)浓度是一项重要的技术指标,每个产品都有明确的要求。 对于等静压石墨尤其如此。 由于多在低温或真空条件下使用,为避免酸价对周围环境和产品造成污染,对酸价浓度的要求往往更为严格。 在特殊条件下,除对碱度浓度有要求外,对碱度中的成分也有要求。

碳石墨材料的许多性能都与石墨化程度有关。 石墨化程度越高,导电、导热性能越好,热稳定性、抗氧化性、耐蚀性、润滑性也越高。 石墨化程度与碱度密切相关,碱度一般由石墨化的最高温度决定。 也就是说,在相同的工艺条件下,石墨化温度越高,碱度浓度越低,石墨化程度越高。

(三)待开发品种

等静压石墨的应用范围越来越广,工作条件也千差万别。 因此,必须重视对石墨材料的要求。 因此,不可能以一种方式征服世界。

碳石墨材料可在真空或保护性介质中稳定工作,最高可承受3000°C的高温。 但在现实中,有很多场合需要它在空气中的低温条件下工作,比如板状石墨、提纯铝的电极等。我们知道碳石墨材料最大的缺陷就是低温氧化。

为了增加使用寿命,

二是提高碳化物的抗氧化性,

一是抗氧化处理,如表面涂层、等离子涂层、化学液相沉积、固相浸渍等。

碳石墨材料在低温条件下承受低温剧烈变化而不被破坏的能力称为抗光震性,或称热稳定性。 碳石墨是一种更好的材料,但它也有一定的局限性。

(4) 产品尺寸有待提高

如上所述,随着科学技术的飞速发展,等静压石墨的规格尺寸也要求向大尺寸发展。 国外等静压机发动机半径由前几年的Φ发展到近年不少等静压机发动机半径为Φ(最高可达),使得制造Φ及更大规格的等静压石墨成为可能。 产品向大尺寸发展,不仅是硬件(等静压机、焙烧炉等),最大的困境在于制造工艺。 避免产品烧结脱落是关键,值得同行深入研究。