各向同性石墨与各向异性石墨傻傻分不清 - 技术科普 - 新闻动态

各向同性石墨與各向異性石墨傻傻分不清

日期：2022-02-21 瀏覽次數：次

高定(ding)向炭材料因(yin)其(qi)較高的石墨微晶結晶度(du)和石墨化(hua)度(du)、有(you)序規整(zheng)堆疊(die)的石墨烯層片(pian)，而具有(you)典型的各向異性(xing)高導(dao)熱特性(xing)。“各向異性”的導熱石墨膜具有超高的平面熱導率及較(jiao)低的Z軸熱導率被廣泛應用于智能手機、筆記本電腦等電子設備散熱系統，在水平方向上，石墨的導熱系數為300~1900W/（m·K），而在垂直方向上，石墨的導熱系數僅為5~20W/（m·K），這種特殊的導熱結構使得熱流可以很快地沿平面傳播從而快速疏散局部高溫集中情況，而很難穿透其散熱膜的垂直方向，石墨散熱膜除了起到迅速散開電子產品熱量，避免局部過熱產生熱點影響設備性能的功能外，還可以有效減低表面溫度，提高客戶使用感受，減少客戶“覺得非常燙手”的感覺。

高導熱膜材料

各(ge)向異性(xing)石墨熱點應用：電子產品(pin)必(bi)需品(pin)“高導熱膜材料”

理想石墨晶體的結構(a)和其各向異性導熱性能(b)

石墨晶體結(jie)構是一(yi)種混(hun)合型晶體結(jie)構：層面(mian)內原子(zi)呈六方(fang)網(wang)格排列(lie)，原子(zi)間距(ju)小，結(jie)合力(li)強；層面(mian)間的間距(ju)較(jiao)大，結(jie)合力(li)較(jiao)弱；所以(yi)其平面(mian)方(fang)向(xiang)和垂直(zhi)于平面(mian)方(fang)向(xiang)的性質(zhi)差異比較(jiao)大，就是所謂的“各向異性”的根本原因，而許多特殊場合對石墨材料提出了“各向同性”的要求，各向同性石墨是指石墨微晶無序地取向排列，其機械性能、電氣性能和熱性能等靜態特性具有各向同性。各向同性石墨除具有一般石墨材料良好的導電、導熱性能外，還具有良好的熱穩定性以及優秀的耐輻照性能。各向同性石墨與普通石墨相比，其性能要高一個檔次，如體積密度1.70~2.0g/cm3（普通石墨制品為1.60~1.80g/cm3），抗折強度40~100MPa（普通石墨制品為6~45MPa）。

集成電路封裝模具

集(ji)成(cheng)電路(lu)封裝模具

目前抗(kang)折強(qiang)度高、抗(kang)壓強(qiang)度高、熱膨脹系(xi)數低的各向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)石墨材料被廣泛應用于半導體(ti)工(gong)(gong)業、軍工(gong)(gong)、航(hang)空航(hang)天、超高功(gong)率電極、核工(gong)(gong)業用石墨等尖(jian)端領域。石墨的各向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)度選擇熱膨脹系(xi)數來表(biao)征(zheng)一般(ban)將各向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)度在1?0～1?1時定義為各向同性石墨。

一、各(ge)向同性石墨制備的工藝流程：

人造石(shi)(shi)墨材(cai)料(liao)的(de)生產(chan)流程如(ru)下圖(tu)所(suo)示。在(zai)生產(chan)不同(tong)(tong)種(zhong)(zhong)類石(shi)(shi)墨材(cai)料(liao)時工(gong)藝(yi)流程大(da)都(dou)如(ru)下圖(tu)所(suo)示，但由(you)(you)于每種(zhong)(zhong)石(shi)(shi)墨材(cai)料(liao)都(dou)有(you)不同(tong)(tong)的(de)性能(neng)要求，所(suo)以在(zai)生產(chan)不同(tong)(tong)種(zhong)(zhong)類人造石(shi)(shi)墨時其(qi)中(zhong)每一步的(de)工(gong)藝(yi)參(can)數都(dou)有(you)很大(da)差(cha)別。各(ge)向(xiang)同(tong)(tong)性石(shi)(shi)墨一般由(you)(you)骨料(liao)和粘(zhan)結劑組成，骨料(liao)均勻的(de)分布于粘(zhan)結劑相(xiang)中(zhong)。各(ge)向(xiang)同(tong)(tong)性石(shi)(shi)墨由(you)(you)于它對各(ge)向(xiang)同(tong)(tong)性性能(neng)的(de)特殊要求，因此其(qi)原料(liao)選擇及工(gong)藝(yi)控(kong)制更加復(fu)雜(za)。

石墨材料制備流程

石墨材料制(zhi)備(bei)流程

來源：東洋炭素

來源(yuan)：東(dong)洋炭素

1、骨料

現(xian)在世(shi)界上用于生產各(ge)向(xiang)同性(xing)石(shi)墨的原料(liao)主要(yao)有各(ge)向(xiang)同性(xing)焦（商(shang)品名Gilsonite）、石(shi)油焦、瀝青焦以及二次焦四(si)種(zhong)。

各向(xiang)同性焦（Gilsonite焦）是一種由天然瀝青煅燒生產的焦炭，因為這種焦的顆粒接近球形，故也叫做“球狀焦”。Gilsonite瀝青質地較脆，容易破碎，瀝青烯含量高達62%，其煅燒后形成的焦炭顆粒呈洋蔥狀結構，具有非常好的各向同性，是生產各向同性石墨的理想原料。世界上最早的核級各向同性石墨就是以Gilsonite焦作為骨料生產的。不過Gilsonite焦的瀝青僅產于美國猶他州，且儲量有限，所以這種焦價格較高。

天然瀝青--硬瀝青

石(shi)(shi)油焦是(shi)(shi)石(shi)(shi)油化工的副(fu)產品，瀝青焦是(shi)(shi)煤(mei)化工的副(fu)產品。所以這兩種(zhong)原料價格低(di)廉，生產簡便，是(shi)(shi)人造石(shi)(shi)墨(mo)(mo)的主要(yao)原材料。石(shi)(shi)油焦與瀝青焦都具有一(yi)定(ding)的有序結構，易于石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化，因此(ci)也(ye)具有比較強(qiang)的各向異性。以這兩種(zhong)骨料生產各向同性石(shi)(shi)墨(mo)(mo)材料時需要(yao)采用等靜壓成型。

二(er)次焦(jiao)是由(you)石油焦(jiao)或(huo)(huo)瀝青(qing)焦(jiao)改(gai)性得到的一(yi)種近各向同性的焦(jiao)炭顆粒。生產二(er)次焦(jiao)時需要先將石油焦(jiao)或(huo)(huo)瀝青(qing)焦(jiao)粉碎并(bing)與粘結劑瀝青(qing)混捏，再在1000℃下進行焙燒最后再粉碎到需要的粒度。二次焦的處理步驟改善了骨料顆粒的各向同性性能，用它作為骨料可以得到性能很好的各向同性石墨材料。

當(dang)然，除(chu)了(le)如上(shang)這些原料(liao)(liao)外，還(huan)有其(qi)他(ta)材料(liao)(liao)也是可以用來生產(chan)各向同(tong)性石墨材料(liao)(liao)的，例(li)如參考(kao)文(wen)獻2中，提到微晶石墨在我國儲量豐富，價格便宜，而且其顆粒呈各向同性，這些條件使得它很有可能成為適合我國發展各向同性石墨制造技術的原料。此外，鱗片石墨雖然具有很強的各向異性，但是經過球形化處理后其顆粒呈現良好的等軸性，因此球形(xing)化的鱗片石墨也(ye)具有成為各向同性(xing)石墨原料的潛(qian)力。

鱗片石墨與微晶石墨結構示意圖

鱗片石墨與(yu)微晶(jing)石墨結構(gou)示意圖

(a)鱗(lin)片(pian)石墨 (b)微晶石墨

2、粘結劑(ji)

粘(zhan)結(jie)(jie)劑是(shi)各向同性(xing)石墨另一重要組成(cheng)部分，通(tong)過將粘(zhan)結(jie)(jie)劑包(bao)覆到骨料(liao)(liao)顆(ke)粒表(biao)面使得骨料(liao)(liao)顆(ke)粒粘(zhan)結(jie)(jie)成(cheng)型并具(ju)(ju)有一定的可塑性(xing)，在炭化后形成(cheng)結(jie)(jie)合緊密的結(jie)(jie)構(gou)。因此(ci)粘(zhan)結(jie)(jie)劑的性(xing)質以(yi)及它與骨料(liao)(liao)顆(ke)粒的結(jie)(jie)合狀況很(hen)大程度上影響最(zui)終石墨產(chan)品的性(xing)能。粘(zhan)結(jie)(jie)劑一般是(shi)具(ju)(ju)有熱塑性(xing)的物(wu)質，例如煤(mei)焦(jiao)(jiao)油瀝青、熱塑性(xing)樹脂等。目前工業生產(chan)中使用(yong)最(zui)廣泛的粘(zhan)結(jie)(jie)劑是(shi)煤(mei)焦(jiao)(jiao)油瀝青。

3、級配(pei)

在生(sheng)產各(ge)向同(tong)性石墨(mo)時(shi)，骨料要先(xian)進行破碎，然后按照不同(tong)的(de)(de)顆粒直徑分成若干組，按生(sheng)產要求的(de)(de)不同(tong)搭配使用，這一(yi)過程稱為(wei)級(ji)配。級(ji)配可(ke)以有效提高骨料顆粒的(de)(de)堆積(ji)密(mi)度從而達到提高產品體(ti)(ti)(ti)積(ji)密(mi)度的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。理論上可(ke)以通過級(ji)配使人(ren)造石墨(mo)的(de)(de)體(ti)(ti)(ti)積(ji)密(mi)度接近石墨(mo)單(dan)晶的(de)(de)密(mi)度。

除骨料(liao)粒度的搭配外，骨料(liao)的平(ping)均粒度也會影響人造石墨的性能。現在的生產(chan)以及研究傾向(xiang)于使用(yong)小顆粒的骨料(liao)。

4、混(hun)捏

混(hun)捏(nie)是將骨(gu)料(liao)(liao)與粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)劑混(hun)合的過(guo)程。混(hun)捏(nie)除了要使粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)劑均勻的包(bao)覆在骨(gu)料(liao)(liao)顆(ke)粒表面以外，還要讓(rang)粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)劑盡量滲(shen)透進骨(gu)料(liao)(liao)顆(ke)粒表面的縫(feng)隙里，因此混(hun)捏(nie)時粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)劑的粘(zhan)度對混(hun)捏(nie)的效果(guo)有顯(xian)著影響。目前(qian)工業中廣泛使用的混(hun)捏(nie)設(she)備是雙(shuang)絞刀式混(hun)捏(nie)機(ji)。混(hun)捏(nie)一(yi)般在高于粘(zhan)結(jie)(jie)(jie)劑軟(ruan)化點50℃的溫度下進行，操作時先將骨料在混捏機中加熱到混捏溫度，再加入液化的粘結劑一起攪拌，直到混合均勻。

5、成型(xing)

成型是(shi)(shi)對混捏(nie)后的(de)糊料施加(jia)一(yi)定的(de)外力使其形成所需形狀的(de)過(guo)程，成型是(shi)(shi)石(shi)墨(mo)(mo)材料生產中不可或缺的(de)重要(yao)步驟(zou)。人造石(shi)墨(mo)(mo)成型方法主要(yao)有4種，包括模壓成型、擠壓成型、振動成型和等靜壓成型。其中等靜壓成型工藝可以獲得各向同性度最高的石墨產品。

(a)模壓成型(b)擠壓成型(c)等靜壓成型(d)振動成型

(a)模壓(ya)成型(xing)(b)擠壓(ya)成型(xing)(c)等(deng)靜壓(ya)成型(xing)(d)振動成型(xing)

①模壓成型

模壓成型(xing)時用壓力(li)機對(dui)固定模具中的(de)糊料施(shi)加(jia)壓力(li)，使顆粒發生移動甚至破碎，以達到固定成型(xing)并增(zeng)加(jia)體積(ji)密度的(de)效(xiao)果(guo)

由于在(zai)(zai)加(jia)(jia)壓(ya)時骨料顆粒之間(jian)及(ji)骨料與模(mo)具(ju)之間(jian)存在(zai)(zai)摩(mo)擦力(li)，模(mo)壓(ya)成型會造成產(chan)品在(zai)(zai)加(jia)(jia)壓(ya)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)上(shang)成型壓(ya)力(li)不(bu)同，離(li)壓(ya)頭(tou)越(yue)遠(yuan)的(de)地方(fang)壓(ya)力(li)越(yue)小，因此(ci)造成產(chan)品沿壓(ya)力(li)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)密(mi)度(du)(du)分布不(bu)均勻(yun)。雙向(xiang)(xiang)(xiang)加(jia)(jia)壓(ya)，即上(shang)下兩(liang)個壓(ya)頭(tou)同時施加(jia)(jia)壓(ya)力(li)，可以一定(ding)程(cheng)度(du)(du)減(jian)小這(zhe)種不(bu)均勻(yun)，但(dan)很難將其(qi)消(xiao)除。此(ci)外模(mo)壓(ya)時單向(xiang)(xiang)(xiang)加(jia)(jia)壓(ya)會使骨料顆粒在(zai)(zai)移動中產(chan)生擇優取(qu)向(xiang)(xiang)(xiang)，不(bu)利于產(chan)品的(de)各(ge)向(xiang)(xiang)(xiang)同性(xing)(xing)性(xing)(xing)能(neng)。

②擠壓成型

這種成型(xing)方法通過壓(ya)力機將糊料(liao)從(cong)擠壓(ya)嘴(zui)壓(ya)出得到(dao)成型(xing)的(de)(de)產(chan)品。擠壓(ya)成型(xing)具(ju)有可(ke)以連續生(sheng)產(chan)的(de)(de)特點，但不(bu)適合制造結構復雜的(de)(de)產(chan)品，因此多在石(shi)墨電極生(sheng)產(chan)中使用。同樣的(de)(de)，擠壓(ya)成型(xing)也同樣會使骨料(liao)顆粒定向(xiang)排列(lie)，因此并不(bu)是各(ge)向(xiang)同性石(shi)墨生(sheng)產(chan)的(de)(de)理想成型(xing)方法。

③振動成型

這(zhe)種(zhong)(zhong)方式(shi)依(yi)靠(kao)振(zhen)動(dong)臺振(zhen)動(dong)裝有粉末的(de)(de)(de)容器(qi)使其密(mi)實的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)(zhong)成(cheng)型(xing)(xing)方法。通常振(zhen)動(dong)成(cheng)型(xing)(xing)時需要用一(yi)重錘對粉末施加一(yi)個較小(xiao)的(de)(de)(de)壓力(li)，已達到改善(shan)堆積狀態，增加產品密(mi)度的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。由于(yu)這(zhe)種(zhong)(zhong)成(cheng)型(xing)(xing)方法粉末所受的(de)(de)(de)壓力(li)很小(xiao)，顆粒(li)流動(dong)性較少，不會產生(sheng)擇優(you)取(qu)向(xiang)，因此振(zhen)動(dong)成(cheng)型(xing)(xing)也適合用于(yu)生(sheng)產各向(xiang)同(tong)性石(shi)墨。

④等靜壓成型

采用等(deng)靜壓(ya)(ya)(ya)成(cheng)型(xing)方(fang)(fang)式生(sheng)產(chan)的(de)石(shi)(shi)墨材料(liao)(liao)(liao)等(deng)靜壓(ya)(ya)(ya)石(shi)(shi)墨，它是(shi)當(dang)今世界(jie)極為重要的(de)一種(zhong)高(gao)性(xing)(xing)能工(gong)程新材料(liao)(liao)(liao)，被(bei)廣泛的(de)應用于機械、冶金(jin)、半導體(ti)(ti)、原子能、化工(gong)、宇航、生(sheng)物(wu)工(gong)程等(deng)，等(deng)靜壓(ya)(ya)(ya)成(cheng)型(xing)是(shi)將(jiang)待壓(ya)(ya)(ya)物(wu)料(liao)(liao)(liao)經(jing)過密(mi)封后置于高(gao)壓(ya)(ya)(ya)容器中，利用液(ye)體(ti)(ti)介質不可壓(ya)(ya)(ya)縮的(de)性(xing)(xing)質和均勻傳遞壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)性(xing)(xing)質從各個方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)對物(wu)料(liao)(liao)(liao)進行均勻加(jia)壓(ya)(ya)(ya)，當(dang)液(ye)體(ti)(ti)介質通(tong)過壓(ya)(ya)(ya)力(li)泵注入壓(ya)(ya)(ya)力(li)容器時，根據流體(ti)(ti)力(li)學原理，其壓(ya)(ya)(ya)強大小不變(bian)且均勻地傳遞到各個方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)，因(yin)此高(gao)壓(ya)(ya)(ya)容器中的(de)粉(fen)料(liao)(liao)(liao)在各個方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)上受到的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)是(shi)均勻的(de)和大小一致的(de)。這(zhe)種(zhong)成(cheng)型(xing)方(fang)(fang)法的(de)優(you)點是(shi)糊料(liao)(liao)(liao)均勻受力(li)，不會產(chan)生(sheng)擇優(you)取向(xiang)(xiang)，而(er)且成(cheng)型(xing)壓(ya)(ya)(ya)力(li)高(gao)，產(chan)品密(mi)度高(gao)，結(jie)構均勻，故等(deng)靜壓(ya)(ya)(ya)成(cheng)型(xing)是(shi)生(sheng)產(chan)各向(xiang)(xiang)同性(xing)(xing)石(shi)(shi)墨最理想的(de)成(cheng)型(xing)方(fang)(fang)法。

東洋炭素

來源：東洋炭素

等靜(jing)壓成型按成型時溫度(du)(du)劃分，還可分為冷等靜(jing)壓（常溫）、溫等靜(jing)壓（介質(zhi)溫度(du)(du)80~100℃）和熱等靜壓（介質溫度1000℃以上），等靜壓石墨的生產大多采用冷等靜壓，只有極少數采用熱等靜壓生產工藝。

6、焙燒與浸漬(zi)

通過焙燒使成型好的坯(pi)料炭(tan)(tan)(tan)(tan)化，其主(zhu)要作用(yong)是使骨料、粘(zhan)結劑和浸漬(zi)劑轉化為固(gu)定炭(tan)(tan)(tan)(tan)。炭(tan)(tan)(tan)(tan)化一般在保(bao)護性氣氛中進行，炭(tan)(tan)(tan)(tan)化溫度(du)根據產(chan)品要求有所不同，一般在800℃-1500℃。工業生產中由于產品尺寸較大，炭化時間一般很長，在320h以上，甚至達到900h或更長。

炭化(hua)后(hou)制品由于釋放了(le)很(hen)多(duo)(duo)揮發份，因此密(mi)度一般較低，不能滿足(zu)應用的要(yao)(yao)求，所(suo)以需要(yao)(yao)對樣(yang)品進行浸(jin)漬(zi)處理。根據產品所(suo)要(yao)(yao)求的密(mi)度不同，可以進行多(duo)(duo)次的浸(jin)漬(zi)-焙燒過程，浸漬劑一般為煤瀝青。

7、石墨(mo)化

炭化后(hou)的制品一(yi)般(ban)不(bu)具有石墨的結構，而且其(qi)硬度(du)很高不(bu)利于機加工，且導電導熱性能不(bu)佳(jia)，因此需要對制品進行石墨化處理。石墨化時將制品加熱到2000℃以上，使碳原子獲得能量，重新排列形成晶體結構，即石墨結構，影響最終產品石墨化度的因素除了骨料本身的性質外主要是石墨化的溫度。

總結:

在制備工(gong)藝(yi)中，焦顆粒的(de)各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)程(cheng)度、成(cheng)(cheng)型工(gong)藝(yi)和(he)熱處(chu)理(li)(li)過(guo)程(cheng)對(dui)石(shi)(shi)墨各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)度都有影響。研究表明，黏結劑瀝青在石(shi)(shi)墨化(hua)處(chu)理(li)(li)后，石(shi)(shi)墨內部微晶分布沒有取向(xiang)性(xing)，對(dui)石(shi)(shi)墨各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)程(cheng)度影響不大，而(er)如果(guo)焦顆粒的(de)各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)程(cheng)度非常好(hao)，即使采用模(mo)壓成(cheng)(cheng)型，也可以將各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)度控制在1.10以內（雖然等靜壓(ya)(ya)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)各(ge)向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)度(du)高(gao)，但(dan)能(neng)生(sheng)產各(ge)向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)的(de)(de)可不只有等靜壓(ya)(ya)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)這一條路(lu)線哦），例如日本和德(de)國(guo)均采用各(ge)向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)程度(du)高(gao)的(de)(de)二次焦(jiao)(jiao)來制備各(ge)向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)。在壓(ya)(ya)型工藝方(fang)面，焦(jiao)(jiao)顆(ke)粒和瀝青混(hun)合不均勻就會引起石(shi)(shi)(shi)墨(mo)性(xing)能(neng)的(de)(de)各(ge)向(xiang)(xiang)異性(xing)，在石(shi)(shi)(shi)墨(mo)熱(re)處理(li)方(fang)面，不論是(shi)焙燒過程還是(shi)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)化過程，熱(re)流總是(shi)由(you)外(wai)(wai)向(xiang)(xiang)內傳導，石(shi)(shi)(shi)墨(mo)塊體(ti)(ti)的(de)(de)溫度(du)也是(shi)由(you)外(wai)(wai)向(xiang)(xiang)內降低，并且外(wai)(wai)部(bu)區域的(de)(de)溫度(du)分布均勻，因此，熱(re)處理(li)后的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)塊體(ti)(ti)外(wai)(wai)部(bu)性(xing)能(neng)均勻性(xing)要好(hao)于內部(bu)，外(wai)(wai)部(bu)的(de)(de)各(ge)向(xiang)(xiang)同(tong)性(xing)程度(du)也要好(hao)于內部(bu)。

二、各向同性石墨應(ying)用

1、電火花加工用電極

電火花加工(EDM)是一種適用于所有導電材料的現代熱燒蝕加工工藝，用于高精度材料加工。電火花加工的主要應用領域是注塑模具、壓鑄模具、鍛模和原型的制造。其利用脈沖放電腐蝕原理進行的加工，將工件和加工電極置于煤油等絕緣液體中，放電瞬間工件局部產生高溫高壓，使金屬迅速熔化和氣化，適合于形狀復雜的產品和硬質材料的加工。石墨熔點高，是電的良導體，抗熱震性強，是極佳的電火花加工電極材料。與銅電極相比，它具有電極消耗小、加工速度快、密度小、機械加工方便、成本低等一系列優點。

電火花加工

當需要非常(chang)高的精度和(he)先(xian)進(jin)的設計時(shi)，特種石墨電極在電火花加工(EDM)中變得越來越重要。普通石墨材料，為粗顆粒結構低密度各向異性石墨，不能滿足電火花加工的需求，而高密度各向同性石墨電極結構均勻、致密、加工精度高，可以滿足這方面的要求。

2、半導體(ti)(ti)行(xing)業

半導(dao)體(ti)工業是需求增長(chang)最快(kuai)的應用領域，以(yi)高密度各向(xiang)同性石墨為基體(ti)材(cai)料(liao)的SiC涂層石墨，大致可用于硅晶制造用加熱器，硅單晶拉上用坩堝、加熱體、盤子，硅晶片表面成層用架子，集成電路封裝模具，化合物(wu)半(ban)導體用加熱體、坩堝等，占有相當的市場分額。在這些(xie)產品中由于石墨各向同性好，受(shou)熱、加熱都較均勻(yun)，因此不僅提高產品質量，而且還可延長設備或(huo)器具的壽命。

半導體制造中的石墨材料

半導體制造中的石墨材料（來源：東洋炭素）

3、核石墨

核反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)的(de)(de)(de)(de)堆(dui)心(xin)由核燃料(liao)、結(jie)構(gou)材料(liao)和慢(man)化(hua)材料(liao)組(zu)成。石墨的(de)(de)(de)(de)各向異(yi)性度對核反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)的(de)(de)(de)(de)安(an)全運行有極其(qi)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。高溫氣冷堆(dui)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)應(ying)(ying)保證(zheng)在反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)運行時石墨構(gou)件之間的(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)變化(hua)不相互制約(yue)以(yi)免引(yin)起過高的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力導致(zhi)石墨構(gou)件破壞；同時石墨構(gou)件之間的(de)(de)(de)(de)間隙應(ying)(ying)盡(jin)可(ke)(ke)能小以(yi)減少(shao)冷卻劑的(de)(de)(de)(de)漏流。所以(yi)石墨的(de)(de)(de)(de)各向異(yi)性度應(ying)(ying)盡(jin)可(ke)(ke)能小，通常要求小于1.3，最好能小于1.05。

先進氣冷反應堆核心中的石墨塊

先進氣冷反應堆核心中的石墨塊。（來源：法國電力公司）

高(gao)密度各向同(tong)性(xing)石墨具(ju)有中(zhong)等(deng)的力學性(xing)能，特別(bie)出色的高(gao)溫力學性(xing)能，導熱系(xi)數大，線膨脹系(xi)數低，在多用途高(gao)溫氣(qi)冷(leng)堆(dui)中(zhong)，主要用作反射劑(ji)、慢化劑(ji)及(ji)活性(xing)區結構(gou)材料(liao)(liao)，同(tong)核(he)燃料(liao)(liao)一道構(gou)成核(he)燃料(liao)(liao)組件，在400～1200℃的溫度下受高能γ射線和快中子的放射線，時間長達數年之久，容易造成輔照損傷，從而改變石墨的結構和性質。所以要求材料的石墨化度高、各向同性度好、組成均一、彈性模量低，我國目前的核石墨主要依賴進口。

4、冶金行(xing)業

主要用于金屬連續鑄造結(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)與(yu)超硬(ying)材(cai)料(liao)(liao)(liao)生產用耐高(gao)溫、高(gao)壓的(de)模具(ju)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。高(gao)密度(du)各向同性石墨由于它的(de)微粒子結(jie)(jie)構(gou)、較(jiao)高(gao)的(de)機械強度(du)、均勻(yun)的(de)熱傳導，使(shi)連鑄與(yu)模壓的(de)產品表面(mian)光滑，內在質量高(gao)，使(shi)用壽命長，是結(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)的(de)極佳材(cai)料(liao)(liao)(liao)；而(er)且對于大(da)型燒(shao)結(jie)(jie)材(cai)料(liao)(liao)(liao)，模具(ju)壁的(de)厚度(du)盡可能薄，必須使(shi)用強度(du)很高(gao)的(de)細結(jie)(jie)構(gou)各向同性石墨。

5、機械行業

在炭刷、機械密封(feng)、觸輪的(de)集電(dian)板等(deng)處(chu)使(shi)用，要(yao)求(qiu)加工精度(du)的(de)同(tong)時，高(gao)潤滑性(xing)(xing)和(he)高(gao)導電(dian)性(xing)(xing)是極其(qi)重要(yao)的(de)。普通石墨(mo)材料(liao)，需要(yao)用樹脂(zhi)、金屬進行浸漬處(chu)理，以提高(gao)強度(du)和(he)氣(qi)密性(xing)(xing)，但在耐腐蝕和(he)耐高(gao)溫(wen)性(xing)(xing)能上限制其(qi)使(shi)用范(fan)圍，高(gao)密度(du)各向同(tong)性(xing)(xing)石墨(mo)摩(mo)擦系數低(di)、導熱(re)性(xing)(xing)能好、常用作軸承、機械密封(feng)用密封(feng)環、活塞環等(deng)滑動摩(mo)擦材料(liao)。

機械行業的石墨產品