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石墨发展趋势及前景

碳素材料具有电和热的良传导性、电特性、润滑性、高温特性、耐化学腐蚀性、耐热性、耐高温热剥落性、电化学性能等基本特性。碳素尤其是特种石墨已经成为现代工业不可或缺的重要物料和工业材料,依靠其固有特性,经常以基础原料、模具、用具、部件、构件以及结构材料等形式被广泛应用在各种行业不同环境、不同生产条件的工业产品制造过程。碳素行业是一个非常多元化的产业,既有传统工业的基础,又具备高技术、高科技发展的机遇和空间,行业发展前景长期向好。同时,碳素行业也是对石化和煤化工行业的废渣进行深加工再利用,是一项能源二次利用、符合循环经济理念的产业。


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1、电火花加工对特种石墨的需求稳定增长


电火花加工的主要优势在于能适用于难切削材料的加工,工具电极与工件不接触,两者间作用力很小,适用于加工特殊及复杂形状的零件。在电火花加工工艺中,作为阳极的工具电极可以使用铜质材料,也可使用石墨材料。石墨电极与铜电极相比具有比铜轻,密度只有铜的 20%、易加工、切削加工不易产生应力及热变形、熔点在 3,000℃以上时热膨胀系数小的特点。


在特种石墨的需求结构中,电火花加工占比约 15%,是需求量较大的下游用户之一。电火花加工石墨产品中使用高档石墨约为 25%,使用中低档石墨约为 75%。


2、核安全加快石墨材料在核电中的应用


日本福岛核事故引发核电危机,核安全成为未来核电发展的关键因素。欧洲一些国家放缓或停止了核电站的建设,德国甚至宣布 2020 年关闭核电站,我国也在重新审视核电发展的规划。但从长期看,核电依然是发电效率较高、较有前途的发电机组,我国大力发展核电的长期规划没有改变。在核电建设中,核安全是首位。高温气冷堆是国际核能界公认的目前安全性较高的新型核反应堆,是未来核电装置的发展趋势。


石墨是中子的慢化剂和优良的反射剂,其自身很多优良特性确立了它在核工业领域中关键材料之一。在高温气冷堆中,炭材料是不可缺少的减速材料、反射材料和结构材料。高温气冷堆需要大量的高级石墨材料,可以说没有核石墨材料就无法建成高温气冷堆。在高温气冷堆中由于用氦气作为冷却剂,用碳素及陶瓷材料作为燃料的包覆材料,用石墨或炭质材料作为减速材料和炉芯结构材料,可以把接近 1,000℃的高温气体导出反应堆外作为能源使用。国际上已经建立了多座开发研究用高温气冷堆。此外,核石墨可以用来制作热结构件,各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、电极等核石墨制品。


3、其他需求:模具、连铸和人造金刚石石墨增长潜力不容忽视


我国用于制造模具和连铸的石墨数量较大,石墨模具和连铸用各类石墨约占总需求量 26%。机械工业中的铸造行业大量使用石墨材料作为加压铸造、离心铸造、超硬合金的热挤压等加工模具。生产大规格的纯铜、青铜、黄铜等主要采用连铸的方法,其中对产品质量起着至关重要影响的结晶器就是用等静压石墨材料制成的。由于等静压石墨在热传导、热稳定、自润滑、抗浸润及化学惰性等方面具有良好的性能,使之成为制作结晶器不可替代的材料。等静压石墨还用于制作金刚石工具和硬质合金的烧结模具,光纤拉丝机的热场部件(加热器、保温筒等),真空热处理炉的热场部件(加热器、承载框等),以及精密石墨热交换器、机械密封部件、活塞环、轴承、火箭喷嘴等。

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