各向同性石墨与各向异性石墨傻傻分不清

日期：2022-02-21 浏览次数：次

高(gao)定向炭(tan)材料(liao)因其(qi)较(jiao)高(gao)的(de)石(shi)墨微(wei)晶(jing)结晶(jing)度和石(shi)墨化度、有序(xu)规整(zheng)堆(dui)叠的(de)石(shi)墨烯层片，而(er)具(ju)有典型的(de)各向异性(xing)高(gao)导热特性(xing)。“各向异性”的导(dao)热石墨(mo)膜(mo)具有超(chao)高(gao)的(de)平面(mian)热导(dao)率及较低(di)的(de)Z轴热导率被广泛应用于智能手机、笔记本电脑等电子设备散热系统，在水平方向上，石墨的导热系数为300~1900W/（m·K），而在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5~20W/（m·K），这种特殊的导热结构使得热流可以很快地沿平面传播从而快速疏散局部高温集中情况，而很难穿透其散热膜的垂直方向，石墨散热膜除了起到迅速散开电子产品热量，避免局部过热产生热点影响设备性能的功能外，还可以有效减低表面温度，提高客户使用感受，减少客户“觉得非常烫手”的感觉。

高导热膜材料

各向异性石墨热点应(ying)用：电(dian)子产品必需品“高导热膜材料”

理想石墨晶体的结构(a)和其各向异性导热性能(b)

理想石墨(mo)晶体的结(jie)构(gou)(a)和其各向异性导热性能(b)

石墨(mo)晶体结(jie)构是(shi)一种(zhong)混合(he)型晶体结(jie)构：层面(mian)内原(yuan)子呈(cheng)六(liu)方网格排列，原(yuan)子间(jian)距小(xiao)，结(jie)合(he)力(li)强；层面(mian)间(jian)的(de)间(jian)距较大，结(jie)合(he)力(li)较弱；所以其平面(mian)方向和垂直于平面(mian)方向的(de)性(xing)质差异比较大，就是(shi)所谓的(de)“各向异性”的根本原因，而许多特殊场合对石墨材料提出了“各向同性”的要求，各向同性石墨是指石墨微晶无序地取向排列，其机械性能、电气性能和热性能等静态特性具有各向同性。各向同性石墨除具有一般石墨材料良好的导电、导热性能外，还具有良好的热稳定性以及优秀的耐辐照性能。各向同性石墨与普通石墨相比，其性能要高一个档次，如体积密度1.70~2.0g/cm3（普通石墨制品为1.60~1.80g/cm3），抗折强度40~100MPa（普通石墨制品为6~45MPa）。

集成电路封装模具

目前抗(kang)折强度高、抗(kang)压(ya)强度高、热膨(peng)胀(zhang)系数低的各向同(tong)性石(shi)(shi)墨(mo)材料被广泛(fan)应(ying)用于半导体工业、军工、航空航天、超高功率电极、核工业用石(shi)(shi)墨(mo)等尖端领域。石(shi)(shi)墨(mo)的各向同(tong)性度选择热膨(peng)胀(zhang)系数来表征一般(ban)将各向同(tong)性度在1∙0～1∙1时定义为各向同性石墨。

一、各(ge)向同性石(shi)墨(mo)制备的工(gong)艺流程：

人造石(shi)墨(mo)材(cai)料的(de)(de)(de)生(sheng)产(chan)(chan)流程如(ru)下图所示。在生(sheng)产(chan)(chan)不(bu)同种类(lei)石(shi)墨(mo)材(cai)料时工(gong)艺流程大都(dou)如(ru)下图所示，但由于每(mei)种石(shi)墨(mo)材(cai)料都(dou)有不(bu)同的(de)(de)(de)性能要求(qiu)，所以在生(sheng)产(chan)(chan)不(bu)同种类(lei)人造石(shi)墨(mo)时其(qi)中每(mei)一步的(de)(de)(de)工(gong)艺参(can)数都(dou)有很大差别。各(ge)向同性石(shi)墨(mo)一般由骨(gu)料和粘结剂(ji)组成(cheng)，骨(gu)料均匀的(de)(de)(de)分布于粘结剂(ji)相中。各(ge)向同性石(shi)墨(mo)由于它对(dui)各(ge)向同性性能的(de)(de)(de)特殊要求(qiu)，因此其(qi)原(yuan)料选(xuan)择及工(gong)艺控(kong)制更(geng)加复杂。

石墨材料制备流程

石墨材料制备(bei)流程

来源：东洋炭素

来源(yuan)：东洋炭素(su)

1、骨(gu)料

现在世界上(shang)用于生产各(ge)向同(tong)(tong)性(xing)石墨的原料主要有各(ge)向同(tong)(tong)性(xing)焦（商(shang)品名Gilsonite）、石油焦、沥青焦以及二次焦四种。

各向同性(xing)焦（Gilsonite焦）是一种由天然沥青煅烧生产的焦炭，因为这种焦的颗粒接近球形，故也叫做“球状焦”。Gilsonite沥青质地较脆，容易破碎，沥青烯含量高达62%，其煅烧后形成的焦炭颗粒呈洋葱状结构，具有非常好的各向同性，是生产各向同性石墨的理想原料。世界上最早的核级各向同性石墨就是以Gilsonite焦作为骨料生产的。不过Gilsonite焦的沥青仅产于美国犹他州，且储量有限，所以这种焦价格较高。

天然沥青--硬沥青

天然沥(li)青(qing)--硬沥青

石油(you)(you)焦(jiao)是石油(you)(you)化工的(de)副产(chan)(chan)(chan)品，沥(li)青(qing)焦(jiao)是煤化工的(de)副产(chan)(chan)(chan)品。所以这两(liang)种原(yuan)料(liao)(liao)价格低廉，生产(chan)(chan)(chan)简便，是人造(zao)石墨的(de)主要原(yuan)材(cai)料(liao)(liao)。石油(you)(you)焦(jiao)与(yu)沥(li)青(qing)焦(jiao)都具有一定的(de)有序结构，易于(yu)石墨化，因此也具有比较强的(de)各(ge)向异性。以这两(liang)种骨(gu)料(liao)(liao)生产(chan)(chan)(chan)各(ge)向同性石墨材(cai)料(liao)(liao)时(shi)需要采用等静压成型。

二(er)次焦(jiao)是(shi)由石油焦(jiao)或沥青焦(jiao)改性得到(dao)的(de)一种近各向同(tong)性的(de)焦(jiao)炭颗粒。生产(chan)二(er)次焦(jiao)时需要先将石油焦(jiao)或沥青焦(jiao)粉(fen)碎并(bing)与粘(zhan)结剂(ji)沥青混捏，再在(zai)1000℃下进行焙烧最后再粉碎到需要的粒度。二次焦的处理步骤改善了骨料颗粒的各向同性性能，用它作为骨料可以得到性能很好的各向同性石墨材料。

当然，除(chu)了如上这些原料(liao)外，还有其他材(cai)料(liao)也是可以用来生产各向同性石墨材(cai)料(liao)的，例如参考文献2中，提到微晶石墨在我国储量丰富，价格便宜，而且其颗粒呈各向同性，这些条件使得它很有可能成为适合我国发展各向同性石墨制造技术的原料。此外，鳞片石墨虽然具有很强的各向异性，但是经过球形化处理后其颗粒呈现良好的等轴性，因此球(qiu)形化的(de)鳞(lin)片石墨(mo)也具有成(cheng)为各(ge)向同性石墨(mo)原料的(de)潜力。

鳞片石墨与微晶石墨结构示意图

鳞片石(shi)墨(mo)(mo)与(yu)微晶石(shi)墨(mo)(mo)结(jie)构示意图

(a)鳞片石墨 (b)微晶石墨

2、粘结剂

粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)剂是(shi)各向同性(xing)石墨另一(yi)重要组成部(bu)分，通过将粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)剂包覆到骨料颗(ke)粒表面使得(de)骨料颗(ke)粒粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)成型并具有一(yi)定(ding)的可塑性(xing)，在(zai)炭化后形(xing)成结(jie)(jie)(jie)合紧(jin)密的结(jie)(jie)(jie)构(gou)。因此粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)剂的性(xing)质(zhi)(zhi)以及它与骨料颗(ke)粒的结(jie)(jie)(jie)合状况很(hen)大程度上影响最终(zhong)石墨产品(pin)的性(xing)能。粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)剂一(yi)般是(shi)具有热(re)塑性(xing)的物质(zhi)(zhi)，例(li)如煤焦(jiao)油沥青、热(re)塑性(xing)树脂(zhi)等。目前(qian)工业(ye)生产中使用(yong)最广泛(fan)的粘(zhan)结(jie)(jie)(jie)剂是(shi)煤焦(jiao)油沥青。

3、级(ji)配

在生产各向同性石(shi)墨(mo)时，骨料要(yao)先进行破碎，然后按照不(bu)同的颗粒(li)直(zhi)径分成若干组，按生产要(yao)求的不(bu)同搭配使用，这一过程称(cheng)为(wei)级(ji)配。级(ji)配可以(yi)有(you)效提(ti)高(gao)骨料颗粒(li)的堆积(ji)密度(du)从(cong)而达到提(ti)高(gao)产品(pin)体(ti)积(ji)密度(du)的目的。理论上(shang)可以(yi)通(tong)过级(ji)配使人造石(shi)墨(mo)的体(ti)积(ji)密度(du)接近(jin)石(shi)墨(mo)单晶的密度(du)。

除骨料(liao)粒度的搭配外，骨料(liao)的平均粒度也会影(ying)响人造石墨(mo)的性能。现(xian)在(zai)的生(sheng)产以(yi)及研究(jiu)倾(qing)向(xiang)于(yu)使用小颗粒的骨料(liao)。

4、混捏(nie)

混(hun)(hun)捏(nie)是(shi)将骨(gu)料(liao)(liao)与粘结(jie)剂(ji)混(hun)(hun)合的(de)(de)过程。混(hun)(hun)捏(nie)除了要使(shi)粘结(jie)剂(ji)均匀的(de)(de)包覆在(zai)骨(gu)料(liao)(liao)颗粒表面以外，还(hai)要让粘结(jie)剂(ji)尽量渗(shen)透进骨(gu)料(liao)(liao)颗粒表面的(de)(de)缝隙(xi)里，因此混(hun)(hun)捏(nie)时(shi)粘结(jie)剂(ji)的(de)(de)粘度对混(hun)(hun)捏(nie)的(de)(de)效果有显著影响。目(mu)前工业中广泛使(shi)用(yong)的(de)(de)混(hun)(hun)捏(nie)设(she)备是(shi)双绞刀式混(hun)(hun)捏(nie)机。混(hun)(hun)捏(nie)一般在(zai)高(gao)于粘结(jie)剂(ji)软(ruan)化点(dian)50℃的温度下进行，操作时先将骨料在混捏机中加热到混捏温度，再加入液化的粘结剂一起搅拌，直到混合均匀。

5、成型

成(cheng)型(xing)是对混捏后的糊(hu)料施加一定的外力使其形(xing)成(cheng)所(suo)需(xu)形(xing)状的过程，成(cheng)型(xing)是石墨(mo)材料生产中不可或缺(que)的重要步骤。人造石墨(mo)成(cheng)型(xing)方法主要有4种，包括模压成型、挤压成型、振动成型和等静压成型。其中等静压成型工艺可以获得各向同性度最高的石墨产品。

(a)模压成型(b)挤压成型(c)等静压成型(d)振动成型

①模压成型

模压成型时用(yong)压力(li)机对固定模具中(zhong)的糊料施(shi)加压力(li)，使颗(ke)粒发(fa)生移(yi)动甚至破碎(sui)，以达到固定成型并增加体积密度的效果(guo)

由于(yu)在(zai)加(jia)(jia)压(ya)(ya)时骨(gu)料(liao)颗(ke)粒之间(jian)及骨(gu)料(liao)与模具之间(jian)存(cun)在(zai)摩擦力，模压(ya)(ya)成(cheng)型会(hui)造成(cheng)产(chan)品(pin)在(zai)加(jia)(jia)压(ya)(ya)方(fang)向(xiang)上成(cheng)型压(ya)(ya)力不(bu)(bu)同(tong)，离压(ya)(ya)头越远(yuan)的(de)地方(fang)压(ya)(ya)力越小，因此(ci)造成(cheng)产(chan)品(pin)沿(yan)压(ya)(ya)力方(fang)向(xiang)密度分布不(bu)(bu)均(jun)匀。双向(xiang)加(jia)(jia)压(ya)(ya)，即上下(xia)两个压(ya)(ya)头同(tong)时施加(jia)(jia)压(ya)(ya)力，可以(yi)一定程度减小这种不(bu)(bu)均(jun)匀，但很难将其消(xiao)除。此(ci)外模压(ya)(ya)时单向(xiang)加(jia)(jia)压(ya)(ya)会(hui)使骨(gu)料(liao)颗(ke)粒在(zai)移动中产(chan)生择优取(qu)向(xiang)，不(bu)(bu)利于(yu)产(chan)品(pin)的(de)各向(xiang)同(tong)性性能(neng)。

②挤压成型

这种成(cheng)型(xing)(xing)方法通(tong)过压(ya)力(li)机将糊料从(cong)挤压(ya)嘴压(ya)出得到成(cheng)型(xing)(xing)的(de)产(chan)(chan)品。挤压(ya)成(cheng)型(xing)(xing)具有可以连续生产(chan)(chan)的(de)特点，但(dan)不适(shi)合制造结构复(fu)杂的(de)产(chan)(chan)品，因此多在石墨电极生产(chan)(chan)中使(shi)用。同样(yang)的(de)，挤压(ya)成(cheng)型(xing)(xing)也同样(yang)会使(shi)骨(gu)料颗粒定(ding)向(xiang)排列(lie)，因此并不是(shi)各向(xiang)同性石墨生产(chan)(chan)的(de)理想(xiang)成(cheng)型(xing)(xing)方法。

③振(zhen)动(dong)成型

这种方式依靠振(zhen)动(dong)(dong)台振(zhen)动(dong)(dong)装有粉末(mo)的(de)容器使其密实(shi)的(de)一(yi)(yi)种成型(xing)(xing)方法。通常振(zhen)动(dong)(dong)成型(xing)(xing)时需要(yao)用(yong)一(yi)(yi)重锤对粉末(mo)施加(jia)一(yi)(yi)个较小的(de)压(ya)力，已达到改善堆积状(zhuang)态，增加(jia)产品密度的(de)目的(de)。由(you)于这种成型(xing)(xing)方法粉末(mo)所受的(de)压(ya)力很小，颗粒流动(dong)(dong)性较少(shao)，不会(hui)产生择优取向(xiang)，因此振(zhen)动(dong)(dong)成型(xing)(xing)也适(shi)合用(yong)于生产各向(xiang)同性石墨。

④等静(jing)压成型

采用(yong)等(deng)(deng)静(jing)压(ya)(ya)(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)方(fang)式生(sheng)(sheng)产的(de)石墨(mo)材料(liao)等(deng)(deng)静(jing)压(ya)(ya)(ya)(ya)石墨(mo)，它是(shi)(shi)当今(jin)世界极(ji)为重要的(de)一(yi)种高(gao)性(xing)能工(gong)程新材料(liao)，被广泛的(de)应用(yong)于机械、冶(ye)金、半(ban)导体(ti)(ti)、原(yuan)子能、化工(gong)、宇航、生(sheng)(sheng)物工(gong)程等(deng)(deng)，等(deng)(deng)静(jing)压(ya)(ya)(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)将待压(ya)(ya)(ya)(ya)物料(liao)经过(guo)密封(feng)后置于高(gao)压(ya)(ya)(ya)(ya)容(rong)(rong)器中，利用(yong)液体(ti)(ti)介质(zhi)(zhi)不可压(ya)(ya)(ya)(ya)缩的(de)性(xing)质(zhi)(zhi)和均(jun)匀(yun)(yun)传递压(ya)(ya)(ya)(ya)力的(de)性(xing)质(zhi)(zhi)从各(ge)个方(fang)向(xiang)对物料(liao)进行(xing)均(jun)匀(yun)(yun)加压(ya)(ya)(ya)(ya)，当液体(ti)(ti)介质(zhi)(zhi)通过(guo)压(ya)(ya)(ya)(ya)力泵注入压(ya)(ya)(ya)(ya)力容(rong)(rong)器时，根据流体(ti)(ti)力学原(yuan)理(li)(li)，其压(ya)(ya)(ya)(ya)强大小不变且(qie)均(jun)匀(yun)(yun)地(di)传递到各(ge)个方(fang)向(xiang)，因(yin)此高(gao)压(ya)(ya)(ya)(ya)容(rong)(rong)器中的(de)粉料(liao)在各(ge)个方(fang)向(xiang)上受(shou)到的(de)压(ya)(ya)(ya)(ya)力是(shi)(shi)均(jun)匀(yun)(yun)的(de)和大小一(yi)致的(de)。这(zhei)种成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)方(fang)法(fa)的(de)优点是(shi)(shi)糊料(liao)均(jun)匀(yun)(yun)受(shou)力，不会产生(sheng)(sheng)择优取向(xiang)，而且(qie)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)压(ya)(ya)(ya)(ya)力高(gao)，产品(pin)密度高(gao)，结构均(jun)匀(yun)(yun)，故等(deng)(deng)静(jing)压(ya)(ya)(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)产各(ge)向(xiang)同性(xing)石墨(mo)最理(li)(li)想的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)(xing)(xing)方(fang)法(fa)。

东洋炭素

来(lai)源(yuan)：东(dong)洋炭素

等静(jing)压成型按成型时温(wen)(wen)度(du)划分，还可分为冷等静(jing)压（常温(wen)(wen)）、温(wen)(wen)等静(jing)压（介质温(wen)(wen)度(du)80~100℃）和热等静压（介质温度1000℃以上），等静压石墨的生产大多采用冷等静压，只有极少数采用热等静压生产工艺。

6、焙烧与浸渍

通过焙(bei)烧(shao)使成型好的坯料炭(tan)化(hua)，其主要作用是使骨料、粘结剂(ji)(ji)和(he)浸渍剂(ji)(ji)转(zhuan)化(hua)为固(gu)定(ding)炭(tan)。炭(tan)化(hua)一(yi)(yi)般在(zai)保(bao)护性气氛中进行，炭(tan)化(hua)温度根据产品要求有所不(bu)同，一(yi)(yi)般在(zai)800℃-1500℃。工业生产中由于产品尺寸较大，炭化时间一般很长，在320h以上，甚至达到900h或更长。

炭化后制(zhi)品(pin)(pin)由于(yu)释(shi)放了很多挥发份(fen)，因此密(mi)度一般较(jiao)低，不能(neng)满足应用的要(yao)求，所以(yi)需要(yao)对样品(pin)(pin)进行浸渍(zi)处理。根(gen)据产(chan)品(pin)(pin)所要(yao)求的密(mi)度不同(tong)，可以(yi)进行多次的浸渍(zi)-焙烧过程，浸渍剂一般为煤沥青。

7、石墨(mo)化

炭(tan)化后的制(zhi)品一般不(bu)具(ju)有石(shi)(shi)(shi)墨(mo)的结构，而且(qie)其硬度很高不(bu)利于机加工，且(qie)导电导热性能不(bu)佳，因此(ci)需要(yao)对制(zhi)品进行(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)化处理。石(shi)(shi)(shi)墨(mo)化时(shi)将(jiang)制(zhi)品加热到2000℃以上，使碳原子获得能量，重新排列形成晶体结构，即石墨结构，影响最终产品石墨化度的因素除了骨料本身的性质外主要是石墨化的温度。

总结:

在(zai)制(zhi)备工(gong)艺(yi)中，焦颗粒的各(ge)(ge)向同性(xing)(xing)程(cheng)度、成(cheng)型工(gong)艺(yi)和热处理过程(cheng)对(dui)石(shi)墨(mo)各(ge)(ge)向同性(xing)(xing)度都有影(ying)(ying)响。研(yan)究(jiu)表明(ming)，黏结剂沥青在(zai)石(shi)墨(mo)化(hua)处理后，石(shi)墨(mo)内部微晶分布没有取向性(xing)(xing)，对(dui)石(shi)墨(mo)各(ge)(ge)向同性(xing)(xing)程(cheng)度影(ying)(ying)响不(bu)大，而如果(guo)焦颗粒的各(ge)(ge)向同性(xing)(xing)程(cheng)度非常好，即(ji)使采用模压成(cheng)型，也可以(yi)将各(ge)(ge)向同性(xing)(xing)度控制(zhi)在(zai)1.10以内（虽然(ran)等(deng)静压石(shi)(shi)墨(mo)各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)度高，但能生(sheng)产(chan)各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)的(de)可不(bu)只有等(deng)静压石(shi)(shi)墨(mo)这一条路线哦），例如日本和德国均采用各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)程度高的(de)二次焦(jiao)来制备各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)。在压型工(gong)艺方(fang)面，焦(jiao)颗(ke)粒和沥青混合不(bu)均匀(yun)就会引起石(shi)(shi)墨(mo)性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)各向(xiang)(xiang)异性(xing)(xing)(xing)(xing)，在石(shi)(shi)墨(mo)热(re)处理(li)方(fang)面，不(bu)论是(shi)(shi)(shi)焙烧过程还(hai)是(shi)(shi)(shi)石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)过程，热(re)流(liu)总是(shi)(shi)(shi)由外向(xiang)(xiang)内(nei)(nei)传(chuan)导，石(shi)(shi)墨(mo)块(kuai)体的(de)温度也(ye)(ye)是(shi)(shi)(shi)由外向(xiang)(xiang)内(nei)(nei)降低，并且外部区域(yu)的(de)温度分布均匀(yun)，因此(ci)，热(re)处理(li)后的(de)石(shi)(shi)墨(mo)块(kuai)体外部性(xing)(xing)(xing)(xing)能均匀(yun)性(xing)(xing)(xing)(xing)要好(hao)于(yu)内(nei)(nei)部，外部的(de)各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)(xing)(xing)(xing)程度也(ye)(ye)要好(hao)于(yu)内(nei)(nei)部。

二、各向(xiang)同性石墨应用(yong)

1、电火花加工用(yong)电极(ji)

电火花(hua)加(jia)工(EDM)是一种适用于所有导电材料的现代热烧蚀加工工艺，用于高精度材料加工。电火花加工的主要应用领域是注塑模具、压铸模具、锻模和原型的制造。其利用脉冲放电腐蚀原理进行的加工，将工件和加工电极置于煤油等绝缘液体中，放电瞬间工件局部产生高温高压，使金属迅速熔化和气化，适合于形状复杂的产品和硬质材料的加工。石墨熔点高，是电的良导体，抗热震性强，是极佳的电火花加工电极材料。与铜电极相比，它具有电极消耗小、加工速度快、密度小、机械加工方便、成本低等一系列优点。

电火花加工

电(dian)火花(hua)加(jia)工

当需要非常高的精度和先进的设计时，特种石(shi)墨电极在电火花加(jia)工(EDM)中变得越来越重要。普通石墨材料，为粗颗粒结构低密度各向异性石墨，不能满足电火花加工的需求，而高密度各向同性石墨电极结构均匀、致密、加工精度高，可以满足这方面的要求。

2、半导体行业

半导体(ti)工业(ye)是需求增长最(zui)快的(de)(de)应用(yong)领域(yu)，以高密度各(ge)向同性石墨为基体(ti)材料的(de)(de)SiC涂层石墨，大致可用于硅晶制造用加热器，硅单晶拉上用坩埚、加热体、盘子，硅晶片表面成层用架子，集成电路封装模(mo)具，化合物(wu)半导体(ti)用加热体(ti)、坩(gan)埚等，占有相(xiang)当(dang)的市场分额。在这些产品(pin)中由于石(shi)墨各向(xiang)同性好，受热、加热都较均匀，因此不(bu)仅提高产品(pin)质量，而且(qie)还可延长设备或(huo)器具的寿命(ming)。

半导体制造中的石墨材料

半导体制造中的石墨材料（来源：东洋炭素）

3、核(he)石(shi)墨

核(he)反(fan)(fan)应堆(dui)(dui)的(de)(de)堆(dui)(dui)心由核(he)燃料、结构(gou)材料和慢化材料组成。石墨的(de)(de)各向异性(xing)度对(dui)核(he)反(fan)(fan)应堆(dui)(dui)的(de)(de)安全运(yun)(yun)行有(you)极(ji)其(qi)重要的(de)(de)影响。高温气冷(leng)(leng)堆(dui)(dui)结构(gou)设(she)计(ji)应保(bao)证(zheng)在反(fan)(fan)应堆(dui)(dui)运(yun)(yun)行时石墨构(gou)件(jian)(jian)之(zhi)(zhi)间的(de)(de)尺寸变化不(bu)相互(hu)制约以(yi)(yi)免(mian)引(yin)起过(guo)高的(de)(de)应力导致石墨构(gou)件(jian)(jian)破坏；同时石墨构(gou)件(jian)(jian)之(zhi)(zhi)间的(de)(de)间隙应尽可能(neng)小(xiao)以(yi)(yi)减少冷(leng)(leng)却剂的(de)(de)漏流。所以(yi)(yi)石墨的(de)(de)各向异性(xing)度应尽可能(neng)小(xiao)，通常要求(qiu)小(xiao)于1.3，最好能小于1.05。

先进气冷反应堆核心中的石墨块

先进气冷反应堆核心中的石墨块。（来源：法国电力公司）

高(gao)密度各向(xiang)同(tong)性(xing)石墨具有中等的力(li)学性(xing)能(neng)，特别出色(se)的高(gao)温力(li)学性(xing)能(neng)，导热系(xi)(xi)数大，线膨胀(zhang)系(xi)(xi)数低，在多用途(tu)高(gao)温气冷堆中，主要用作(zuo)反射剂、慢化剂及(ji)活性(xing)区结构材料，同(tong)核(he)(he)燃料一道构成核(he)(he)燃料组件，在400～1200℃的温度下受高能γ射线和快中子的放射线，时间长达数年之久，容易造成辅照损伤，从而改变石墨的结构和性质。所以要求材料的石墨化度高、各向同性度好、组成均一、弹性模量低，我国目前的核石墨主要依赖进口。

4、冶金(jin)行业

主要用于金(jin)属连续(xu)铸造结晶器与(yu)(yu)超硬材料(liao)生(sheng)产(chan)用耐高(gao)温、高(gao)压的(de)模具(ju)材料(liao)。高(gao)密度(du)各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)(mo)由于它的(de)微(wei)粒(li)子结构、较(jiao)高(gao)的(de)机械强度(du)、均匀的(de)热传导(dao)，使连铸与(yu)(yu)模压的(de)产(chan)品表面光滑，内在(zai)质量高(gao)，使用寿命长，是结晶器的(de)极(ji)佳材料(liao)；而且(qie)对于大型烧结材料(liao)，模具(ju)壁(bi)的(de)厚度(du)尽(jin)可(ke)能薄，必(bi)须使用强度(du)很高(gao)的(de)细结构各向(xiang)同(tong)性石墨(mo)(mo)。

5、机械行(xing)业

在(zai)炭刷、机(ji)械(xie)密(mi)封(feng)、触轮(lun)的集电板(ban)等处使用(yong)，要求(qiu)加工精度(du)的同(tong)(tong)时，高(gao)润滑性(xing)(xing)和(he)高(gao)导电性(xing)(xing)是极(ji)其(qi)重(zhong)要的。普(pu)通石墨(mo)材(cai)(cai)料，需要用(yong)树脂、金(jin)属进(jin)行(xing)浸渍处理，以提高(gao)强度(du)和(he)气密(mi)性(xing)(xing)，但在(zai)耐腐蚀和(he)耐高(gao)温性(xing)(xing)能(neng)上限制其(qi)使用(yong)范围，高(gao)密(mi)度(du)各向同(tong)(tong)性(xing)(xing)石墨(mo)摩(mo)擦(ca)系数(shu)低、导热性(xing)(xing)能(neng)好、常(chang)用(yong)作轴承、机(ji)械(xie)密(mi)封(feng)用(yong)密(mi)封(feng)环(huan)、活塞环(huan)等滑动摩(mo)擦(ca)材(cai)(cai)料。

机械行业的石墨产品