石墨發(fā)展趨勢及前景
碳素材料具有電和熱的良傳導性、電特性、潤滑性、高溫特性、耐化學腐蝕性、耐熱性、耐高溫熱剝落性、電化學性能等基本特性。碳素尤其是特種石墨已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要物料和工業(yè)材料,依靠其固有特性,經(jīng)常以基礎原料、模具、用具、部件、構件以及結構材料等形式被廣泛應用在各種行業(yè)不同環(huán)境、不同生產(chǎn)條件的工業(yè)產(chǎn)品制造過程。碳素行業(yè)是一個非常多元化的產(chǎn)業(yè),既有傳統(tǒng)工業(yè)的基礎,又具備高技術、高科技發(fā)展的機遇和空間,行業(yè)發(fā)展前景長期向好。同時,碳素行業(yè)也是對石化和煤化工行業(yè)的廢渣進行深加工再利用,是一項能源二次利用、符合循環(huán)經(jīng)濟理念的產(chǎn)業(yè)。
1、電火花加工對特種石墨的需求穩(wěn)定增長
電火花加工的主要優(yōu)勢在于能適用于難切削材料的加工,工具電極與工件不接觸,兩者間作用力很小,適用于加工特殊及復雜形狀的零件。在電火花加工工藝中,作為陽極的工具電極可以使用銅質材料,也可使用石墨材料。石墨電極與銅電極相比具有比銅輕,密度只有銅的 20%、易加工、切削加工不易產(chǎn)生應力及熱變形、熔點在 3,000℃以上時熱膨脹系數(shù)小的特點。
在特種石墨的需求結構中,電火花加工占比約 15%,是需求量較大的下游用戶之一。電火花加工石墨產(chǎn)品中使用高檔石墨約為 25%,使用中低檔石墨約為 75%。
2、核安全加快石墨材料在核電中的應用
日本福島核事故引發(fā)核電危機,核安全成為未來核電發(fā)展的關鍵因素。歐洲一些國家放緩或停止了核電站的建設,德國甚至宣布 2020 年關閉核電站,我國也在重新審視核電發(fā)展的規(guī)劃。但從長期看,核電依然是發(fā)電效率較高、較有前途的發(fā)電機組,我國大力發(fā)展核電的長期規(guī)劃沒有改變。在核電建設中,核安全是首位。高溫氣冷堆是國際核能界公認的目前安全性較高的新型核反應堆,是未來核電裝置的發(fā)展趨勢。
石墨是中子的慢化劑和優(yōu)良的反射劑,其自身很多優(yōu)良特性確立了它在核工業(yè)領域中關鍵材料之一。在高溫氣冷堆中,炭材料是不可缺少的減速材料、反射材料和結構材料。高溫氣冷堆需要大量的高級石墨材料,可以說沒有核石墨材料就無法建成高溫氣冷堆。在高溫氣冷堆中由于用氦氣作為冷卻劑,用碳素及陶瓷材料作為燃料的包覆材料,用石墨或炭質材料作為減速材料和爐芯結構材料,可以把接近 1,000℃的高溫氣體導出反應堆外作為能源使用。國際上已經(jīng)建立了多座開發(fā)研究用高溫氣冷堆。此外,核石墨可以用來制作熱結構件,各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、電極等核石墨制品。
3、其他需求:模具、連鑄和人造金剛石石墨增長潛力不容忽視
我國用于制造模具和連鑄的石墨數(shù)量較大,石墨模具和連鑄用各類石墨約占總需求量 26%。機械工業(yè)中的鑄造行業(yè)大量使用石墨材料作為加壓鑄造、離心鑄造、超硬合金的熱擠壓等加工模具。生產(chǎn)大規(guī)格的純銅、青銅、黃銅等主要采用連鑄的方法,其中對產(chǎn)品質量起著至關重要影響的結晶器就是用等靜壓石墨材料制成的。由于等靜壓石墨在熱傳導、熱穩(wěn)定、自潤滑、抗浸潤及化學惰性等方面具有良好的性能,使之成為制作結晶器不可替代的材料。等靜壓石墨還用于制作金剛石工具和硬質合金的燒結模具,光纖拉絲機的熱場部件(加熱器、保溫筒等),真空熱處理爐的熱場部件(加熱器、承載框等),以及精密石墨熱交換器、機械密封部件、活塞環(huán)、軸承、火箭噴嘴等。