制作石墨模具成型的方法詳解

一、石墨化制品
這類制品包括石墨化電極，石墨化陽極，石墨化塊，高純高強度高密度石墨等。
這類制品都是以石油焦或瀝青焦為主要原料，最后經過200℃以上的高溫熱處理，從而使無定形碳轉化為石墨。其特點，C＞99%、灰粉＜0.5%；導電、電熱良好，耐腐蝕性好；生產工藝復雜而周期長，一般40～60天。
二、炭素制品
指成型后的毛坯，只經1300℃左右的焙燒后可使用的制品，可分為低灰份炭素制品C＞99%；多灰粉炭素制品C＞90%，生產周期一般為30天。
三、商業糊
是指原料（破碎后的無煙煤或焦炭顆粒）與粘結劑在加熱條件下混合均勻后，不經壓型及進一步熱加工，而只要把加熱混合后的糊狀物料在常壓情況下，簡單鑄成塊狀或裝入容器即可使用的制品。按用途可分為兩種，一種是作為連續自焙電極使用的；另一種是用途砌炭塊時粘結和填縫材料。商品糊制造工藝比較簡單，生產周期較短，成本也較低。
石墨化電極和石墨化陽極
石墨化電極用于電弧冶金爐作導電材料，冶煉各種合金鋼、鐵合金、有色金屬、稀有金屬等。冶煉硬質合金和生產石英玻璃時，也使用石墨化電極毛坯料車削成的各種石墨管、石墨坩堝。
高純石墨經過化學處理，水洗滌和高溫膨脹，得到了柔韌蓬松的石墨材料。這并不是最終的目的。最終的目的是要制造出各種用途的石墨制品來。如制成石墨紙箔、石墨紙板、石墨管、石墨槽、石墨棒等。這就要有成型工序，用機械的方法加工出各種規格、形狀和尺寸的石墨制品。目前成型方法有三種：（1）碾壓法；（2）模壓法；（3）擠壓法。
一、碾壓成型法
主要用來壓制石墨紙箔或板材。分為單層平板連續碾壓和多層平板連續碾壓兩種。
1.單層平板連續碾壓法
這種碾壓法不用任何粘結劑就可7a686964616fe59b9ee7ad9431333337376331以將柔性石墨壓制成板材。整個工藝過程是在裝有滾輪碾壓機的專用設備上進行的。
碾壓機結構組成：裝蠕蟲石墨的料斗1，振動給料裝置，2，輸送帶 3四個壓力輥 4，一對加熱器 5，控制板材厚度的輥筒 6壓花或圖案輥筒 8 和卷輥 9切割刀 10 成品卷輥
工作過程：高純石墨從料斗進入給料裝置，落在輸送帶上。經過壓力輥的碾壓，形成一定厚度的料層。加熱裝置產生高溫加熱，以出去料層中的殘存氣體，并使未膨脹的石墨最后一次膨脹。然后將初步成型的反材送入控制厚度尺寸的輥筒中，按規定尺寸再壓一次，以便得到厚度均勻和一定密度的平整板。最后經過切刀切割后，卷上成品筒。
2、單層平板碾壓法
單層平板碾壓，雖然壓板平整光滑，但是不能太厚。一次成型太厚時，其均勻性和密度都難以保證。為了制成厚板，采用多層單板疊加，壓成多層復合板。每兩層之間要加粘結劑再碾壓成型。成型后要加熱處理，以使粘結劑碳化和硬化。多層平板碾壓法是在多層連續碾壓機上進行的。
多層連續碾壓機工作過程：由單板繞棍引出單板，經過粘結劑涂輥把兩面土上粘結劑后，與繞輥和單板相合，成為三和厚板，進入輥的間隙碾壓成一定厚度。再送入加熱器中加熱烘干。通過厚度控制輥，調整厚度達到規定尺寸，然后送入焙燒裝置中焙燒。當粘結劑碳化后，在用加壓輥最后加壓成型。
所用連續碾壓級，能壓制0.6~2mm厚度的柔性石墨板，這是優于單層碾壓機的，但是由于板厚也會帶來板材分層剝離的缺點，給使用帶來麻煩。產生的原因是壓制時氣體外溢留在夾層中間，妨礙了層間密切結合。改進的途徑是，解決壓制過程中的排氣問題。
作耐火材料
石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質，在冶金工業中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護劑，冶金爐的內襯。
作導電材料
在電氣工業上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機顯像管的涂層等。
作耐磨潤滑材料
石墨在機械工業中常作為潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000℃溫度中在很高的滑動速度下，不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運轉時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時的良好的潤滑劑。
作熱交換器，反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔等設備
石墨具有良好的化學穩定性，經過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導熱性好，滲透率低等特點，就大量用于制作熱交換器，反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設備。廣泛應用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業部門，可節省大量的金屬材料。
作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料
由于石墨的熱膨脹系數小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經加工或稍作加工就可使用，因而節省了大量金屬。生產硬質合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝，區域精煉容器，支架夾具，感應加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。
用于原子能工業和國防工業
石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是目前應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點，穩定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高，雜質含量不應超過幾十個PPM。特別是其中硼含量應少于0.5PPM。在國防工業中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件，隔熱材料和防射線材料。
石墨還能防止鍋爐結垢
有關單位試驗表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5克)能防止鍋爐表面結垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。
石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑
石墨經過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關工業部門。
石墨取代銅做為電極
20世紀60年代，銅做為電極材料被廣泛應用，使用率約占90％，石墨僅有10％左右；21世紀，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90％以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經占統治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優勢幾乎消失殆盡。是什么導致了這個戲劇性的變化？當然是石墨電極的諸多優勢。
（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍；材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優勢明顯；銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數僅有銅的1/30。
（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進行放電加工時，能有效降低機床（EDM）的負擔；更適合于在大型模具上的應用。
（3）放電消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放電加工時，高溫導致火花油中的C原子被分解出來，轉而在石墨電極的表面形成保護膜，補償了石墨電極的損耗。
（4）沒有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節約了大量成本，同時更容易實現自動化生產；
（5）石墨更容易研磨和拋光；由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進行手工的研磨和拋光；
（6）材料成本更低，價格更穩定；由于近幾年銅價上漲，如今各向同性石墨的價格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產品的價格比銅的價格低30％～60％，并且價格更穩定，短期價格波動非常小。更多石墨模具信息可查看http://www.gswhxny.com