多年石墨專家告訴你什么是高純石墨

jcadmin | 2020-08-14 15:13:19

多年石墨專家告訴你什么是高純石墨

機電學院材料科學與工程教授，捷誠石墨先進碳材首席科學家。
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高純石墨指的是純度較高的石墨。石墨原材料有很多種，按照生產時代的成型方式，可以分為等靜壓石墨、模壓石墨、擠壓石墨，模壓石墨即是高純石墨，這種石墨是經過10000噸的液壓機模壓而成，然后經過幾個月的焙燒，才會形成成品。所以，高純石墨的純度較高，各項物理性能較好，在各行各業都有廣泛的應用，是工業行業的優質材料。

我是捷誠石墨石墨集團的徐經理，在石墨行業從業5年，一直鉆研高純石墨的生產工藝與優化方法，研發出了比傳統高純石墨更加優良的捷誠高純石墨，各向同性，抗壓抗折性能更加，收到了國內外客戶的廣泛好評，也和國外三大石墨廠家：德國西格里石墨、法國羅蘭石墨、美國步高石墨建立了聯合高純石墨研發中心，致力于更加的高純石墨制品的研發，為世界各國工業屆提供更加的石墨制品。

高純石墨是指石墨的含碳量>99.99%，廣泛用于冶金工業的高級耐火材料與涂料、軍事工業火工材料安定劑、輕工業的鉛筆芯、電氣工業的碳刷、電池工業的電極、化肥工業催化劑添加劑等。

捷誠石墨擁有進口高純石墨生產線確保原材料的穩定供應,為您的石墨應用提供低成本的解決方案；在捷誠石墨,您能找到齊全的石墨規格與等級。

捷誠石墨模壓高純石墨的產品特點：

所有的高純模壓石墨都具有滿足您需求的獨特性能。高純石墨就機械強度、耐摩擦性、密度、硬度、導電率等方面具有非常廣泛的特性，并且能通過浸漬樹脂或者金屬來進一步的提高。

由于高純石墨顆粒度細和內部結構同質性，如果不考慮尺寸原因的話他可以用來代替等靜壓石墨。

捷誠高純石墨應用行業：

單晶爐、單晶爐、炊具、多晶爐、連續澆鑄模具、電火花、電子燒結、石英、模具和零部件等行業。

捷誠高純石墨的優良特性：

1.熱穩定性：針對產品急熱急冷的使用條件，進行特別設計以保證產品質量的可靠性。

2.耐侵蝕性：均勻細密的基體設計，延緩了產品的受侵蝕度。

3.耐沖擊性：產品所能承受的熱沖擊強度極高，所以任何工藝處理都可以放心進行。

4.耐酸性：特殊材料的加入顯著改善產品的品質，在耐酸化指標方面表現卓越，并大大地延長產品的使用壽命。

5.高熱傳導性：高含量的固定碳保證了良好的熱傳導性，縮短溶解時間，并顯著地降低了能耗。

6.金屬污染的控制：材料成分的嚴格控制，保證了溶解時產品對金屬沒有污染。 7.質量穩定性：高壓成形法的制作技術工藝和質量保證體系更充分地保證了質量的穩定性。

捷誠石墨，致力于為世界用戶提供優質高純石墨！

石墨材料加工技藝的提高才是減少石墨零件崩邊的關鍵
　　近年來，石墨模具需求大增，特別各種石墨異形零件。對歷年捷誠石墨公司的報廢的石墨零件原因進行分析發現，由于零件崩邊產生的廢品約占20%. 由于材料難加工，加工效率低，使零件的生產進度受到嚴重影響。

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　　石墨材料具有耐燒蝕、抗熱振等性能特點。但是由于其材質特殊、切削性能差，加工質量不易保證，特別是加工中容易產生崩邊缺陷，這些都成為非金屬加工的瓶頸之一。

　　捷誠石墨制造公司為盡快解決石墨零件崩邊問題，提高石墨零件生產效率，以某型石墨前嵌環、喉襯及其組件殼體組合等機械加工為研究對象進行技術攻關，從加工方法、刀具及其切削參數等方面探索石墨材料加工技術，解決石墨零件的加工難題，對夯實非金屬加工技術，順利完成科研和批生產任務具有重要意義。

　　1 石墨材料簡介

　　石墨材料主要是各種石墨模具用石墨，是由易石墨化、強度高、抗燒蝕性好的石油焦骨料和析焦量高的粘結劑制成。石墨材料的生產過程包括混捏、磨粉、壓制、焙燒、石墨化等工序。在生產過程中經過多次熱循環，材料內部可能產生裂紋、氣孔等缺陷，各批材料和每塊材料內部的性能有一定分散性。

　　如果實際生產狀態偏離工藝規程，將會導致石墨材料質量波動。比如：壓制工序是單件生產，采用熱壓工藝。熱壓前模溫、料溫必須達到要求（135 ～ 150℃），然后將料粉裝入模具，加壓后停止模具加熱，模具自然冷卻到 50 ℃以下時允許吹風冷卻，37 ℃以下脫模。每次壓制一件產品，需要五個多小時，如果壓力不夠，可能產生氣孔、疏松、裂紋；溫度不夠，可能產生分層；冷卻過快，可能產生裂紋等。因此，石墨生產過程中的質量控制對材料的性能有很大影響，如質量控制產生波動，在材料上的表現形式是多方面的，包括裂紋、疏松、氣孔等。

　　石墨材料一般制成圓柱體或方形體結構，要求內部不允許有裂紋和直徑大于1mm的空洞。

　　石墨材料的切削力只有切削鋁、銅等金屬材料的10%左右，車削溫度不高，最高溫度在 160～300℃之間，且與切削速度呈線性關系。但材料脆性大，加工中容易產生缺陷，加工表面質量不易保證。

　　總之，該材料屬于難加工脆性非金屬材料，組織的致密性、均勻性與金屬相比相差甚遠。

　　2 典型零件簡介

　　2.1 典型零件結構特點

　　我廠制造石墨模具零件大多為異型石墨件，結構較為復雜。

　　石墨材料零部件的外觀要求：

　　（1）零件表面不允許有裂紋。

　　（2）不允許深度超過0.1mm的劃傷，不允許深度超過0.1mm的碰傷。

　　（3）不允許最大尺寸大于0.5mm的崩邊。

　　 2.2 加工現狀

　　近年來，在石墨材料加工方面做了大量的工作，成功地采用了數控加工技術，使加工質量和生產效率得到較大幅度的提高。但是，在加工中表面缺損、崩邊、刀具磨損嚴重等問題尚未得到徹底解決。

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　　3 加工難點分析

　　石墨材料具有極高的脆性，因此機械加工時，容易出現刀具磨損嚴重、邊角崩碎等現象。在加工零件時，機床運動方向的頻繁改變、刀具切入和切出時方向和角度的變化、微小的切削振動、刀具的磨損和破損等也會導致刀具對工件產生沖擊，造成零件崩邊、刀具磨損嚴重等許多問題。

　　石墨材料的的車削過程大致是：在刀具切削刃與工件接觸時，工件的一部分因刀具推進發生破碎，形成“切屑”，切屑散落于刀具表面或堆積在前刀面，大多數切屑沿前刀面滑動，因而容易產生刀具月牙洼磨損。

　　另一方面，石墨材料的致密性、均勻性遠比金屬差，切削中刀尖承受的沖擊力更大，也更容易造成刀具磨損、零件崩邊。

　　4 解決措施

　　4.1 改進加工方法

　　4.1.1 優化切削路徑

　　前嵌環、喉襯是由棒材加工成圓管，再由圓管加工成錐套，錐面上的余量較大。原來采用的是與錐面母線方向平行的“等距法”，加工路徑如圖7所示。這種切削方法空行程路徑長，加工效率低下。如果要提高效率，就得提高切削用量，刀具耐用度會降低，容易出現崩邊缺陷。

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　　在保證零件質量的前提下，進行改進，采用“平行切法”加工錐面，粗車去余量，路徑如圖8（a）；再按圖8（b）所示的路徑精車，將切削退出位置設置在錐面內部，避開棱邊處。這樣，不僅加工效率提高了50%以上，而且對防止崩邊缺陷起到有效地作用。

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　　4.1.2 分粗、精加工

　　如上所述，前嵌環、喉襯加工余量大，材料脆、硬、均勻性差，加工中帶有沖擊現象。為消除切削中出現崩邊缺陷，同時提高加工效率，分粗、精加工是解決問題的技術途徑之一。

　　將現場的加工程序優化為粗、精加工，分別由粗、精刀具進行加工。粗加工以提高加工效率為主，切削深度一般取0.7~1mm；精加工對粗加工后的表面進行精細加工修復，采用小切深加工，切削深度一般用0.1~0.25mm. 這樣大大提高了刀具耐用度（刃口鋒利的持久性），有效防止了因刀具磨損而損壞導致的崩邊缺陷。

　　4.2 選擇合適的刀具與切削參數

　　由于石墨材料脆性較高，致密度較差，故切削刀具應滿足硬度高、鋒利、耐沖擊與耐磨性良好等基本要求。

　　人造金剛石是一種超硬材料，它是在高溫、高壓和其他條件配合下由石墨轉化而成的。制成刀片形狀鑲焊在刀桿上，用于車削。人造金剛石的硬度很高，耐磨性很好，適用于加工非鐵金屬、非金屬材料。

　　立方氮化硼是用高溫、高壓的方法制成的，原料是結構與石墨相似的六方氮化硼。該材料與人造金剛石相比，硬度略低，但熱穩定性好，適用于加工黑色金屬和難加工材料。

　　硬質合金硬度較高，耐磨性較好，但刃口不易磨鋒利。

　　因此，選用人造金剛石、立方氮化硼、硬質合金等三種硬度較高、耐磨性較好的刀具材料進行切削對比。

　　為選擇三種刀具對應的合適切削參數，先進行了摸底切削試驗：

　　由于機床本身轉速限制，切削的線性速度最高可以在130m/min~150m/min之間。進給深度按4.1.2中設置。

　　人造金剛石刀具，切削的線性速度設置在 150m/min，進行切削T705石墨材料100件，發現刀具磨損正常，而且零件加工質量穩定。

　　立方氮化硼刀具，切削線性速度設置在120 m/min ~ 150 m/min之間，進行切削T705石墨材料，加工60~80件零件后刀面磨損嚴重，且由于刀具磨損造成個別零件輕微崩邊；切削線性速度設置在80m/min~100m/min之間，刀具磨損正常。

　　選用硬質合金刀具，切削速度在100m/min ~ 120m/min以之間，刀具急劇磨損，無法進行正常切削：切削速度在80 m/min ~ 100 m/min 之間，加工50件石墨零件后，刀具磨損嚴重，且由于刀具磨損造成個別零件崩邊；切削線性速度在80 m/min以下，刀具磨損正常。

　　選用硬質合金刀具加工時，刀具前角對加工質量也存在明顯的影響。分別采用正前角和負前角各加工10件零件。切削效果：采用正前角加工時候，切削力比較小，零件表面質量穩定。采用負前角加工時，發現其中5 件零件發現零件存在不同程度的崩邊。

　　…

　　結論：石墨的車削效果與刀具前角γ密切相關，采用正前角切削時，壓應力較小，可減少已加工表面破碎，有利于提高工件表面質量。采用負前角切削時，壓應力增大，可促進石墨材料的破碎，更易形成大塊的斷裂塊屑。

　　結論：金剛石刀具加工石墨材料效果更好，耐用度最高，為加工中首選刀具；其次選用硬質合金刀具；不推薦使用立方氮化硼刀具。

　　4.3 改善排屑條件