多年石墨專家告訴你什么是高純石墨
機電學院材料科學與工程教授，捷誠石墨先進碳材首席科學家。
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高純石墨指的是純度較高的石墨。石墨原材料有很多種，按照生產(chǎn)時代的成型方式，可以分為等靜壓石墨、模壓石墨、擠壓石墨，模壓石墨即是高純石墨，這種石墨是經(jīng)過10000噸的液壓機模壓而成，然后經(jīng)過幾個月的焙燒，才會形成成品。所以，高純石墨的純度較高，各項物理性能較好，在各行各業(yè)都有廣泛的應用，是工業(yè)行業(yè)的優(yōu)質(zhì)材料。
我是捷誠石墨石墨集團的徐經(jīng)理，在石墨行業(yè)從業(yè)5年，一直鉆研高純石墨的生產(chǎn)工藝與優(yōu)化方法，研發(fā)出了比傳統(tǒng)高純石墨更加優(yōu)良的捷誠高純石墨，各向同性，抗壓抗折性能更加 ，收到了國內(nèi)外客戶的廣泛好評，也和國外三大石墨廠家：德國西格里石墨、法國羅蘭石墨、美國步高石墨建立了聯(lián)合高純石墨研發(fā)中心，致力于更加 的高純石墨制品的研發(fā)，為世界各國工業(yè)屆提供更加 的石墨制品。
高純石墨是指石墨的含碳量>99.99%，廣泛用于冶金工業(yè)的高級耐火材料與涂料、軍事工業(yè)火工材料安定劑、輕工業(yè)的鉛筆芯、電氣工業(yè)的碳刷、電池工業(yè)的電極、化肥工業(yè)催化劑添加劑等。
捷誠石墨擁有進口高純石墨生產(chǎn)線確保原材料的穩(wěn)定供應,為您的石墨應用提供低成本的解決方案；在捷誠石墨,您能找到 齊全的石墨規(guī)格與等級。
捷誠石墨模壓高純石墨的產(chǎn)品特點：
所有的高純模壓石墨都具有滿足您需求的獨特性能。高純石墨就機械強度、耐摩擦性、密度、硬度、導電率等方面具有非常廣泛的特性，并且能通過浸漬樹脂或者金屬來進一步的提高。
由于高純石墨顆粒度細和內(nèi)部結(jié)構(gòu)同質(zhì)性，如果不考慮尺寸原因的話他可以用來代替等靜壓石墨。
捷誠高純石墨應用行業(yè)：
單晶爐、單晶爐、炊具、多晶爐、連續(xù)澆鑄模具、電火花、電子燒結(jié)、石英、模具和零部件等行業(yè)。
捷誠高純石墨的優(yōu)良特性：
1.熱穩(wěn)定性：針對產(chǎn)品急熱急冷的使用條件，進行特別設(shè)計以保證產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。
2.耐侵蝕性：均勻細密的基體設(shè)計，延緩了產(chǎn)品的受侵蝕度。
3.耐沖擊性：產(chǎn)品所能承受的熱沖擊強度極高，所以任何工藝處理都可以放心進行。
4.耐酸性：特殊材料的加入顯著改善產(chǎn)品的品質(zhì)，在耐酸化指標方面表現(xiàn)卓越，并大大地延長產(chǎn)品的使用壽命。
5.高熱傳導性：高含量的固定碳保證了良好的熱傳導性，縮短溶解時間，并顯著地降低了能耗。
6.金屬污染的控制：材料成分的嚴格控制，保證了溶解時產(chǎn)品對金屬沒有污染。 7.質(zhì)量穩(wěn)定性：高壓成形法的制作技術(shù)工藝和質(zhì)量保證體系更充分地保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性。
捷誠石墨，致力于為世界用戶提供 優(yōu)質(zhì)高純石墨！
石墨材料加工技藝的提高才是減少石墨零件崩邊的關(guān)鍵
近年來，石墨模具需求大增，特別各種石墨異形零件。對歷年捷誠石墨公司的報廢的石墨零件原因進行分析發(fā)現(xiàn)，由于零件崩邊產(chǎn)生的廢品約占20%. 由于材料難加工，加工效率低，使零件的生產(chǎn)進度受到嚴重影響。
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石墨材料具有耐燒蝕、抗熱振等性能特點。但是由于其材質(zhì)特殊、切削性能差，加工質(zhì)量不易保證，特別是加工中容易產(chǎn)生崩邊缺陷，這些都成為非金屬加工的瓶頸之一。
捷誠石墨制造公司為盡快解決石墨零件崩邊問題，提高石墨零件生產(chǎn)效率，以某型石墨前嵌環(huán)、喉襯及其組件殼體組合等機械加工為研究對象進行技術(shù)攻關(guān)，從加工方法、刀具及其切削參數(shù)等方面探索石墨材料加工技術(shù)，解決石墨零件的加工難題，對夯實非金屬加工技術(shù)，順利完成科研和批生產(chǎn)任務具有重要意義。
1 石墨材料簡介
石墨材料主要是各種石墨模具用石墨，是由易石墨化、強度高、抗燒蝕性好的石油焦骨料和析焦量高的粘結(jié)劑制成。 石墨材料的生產(chǎn)過程包括混捏、磨粉、壓制、焙燒、石墨化等工序。在生產(chǎn)過程中經(jīng)過多次熱循環(huán)，材料內(nèi)部可能產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，各批材料和每塊材料內(nèi)部的性能有一定分散性。
如果實際生產(chǎn)狀態(tài)偏離工藝規(guī)程，將會導致石墨材料質(zhì)量波動。比如：壓制工序是單件生產(chǎn)，采用熱壓工藝。熱壓前模溫、料溫必須達到要求（135 ～ 150℃），然后將料粉裝入模具，加壓后停止模具加熱，模具自然冷卻到 50 ℃以下時允許吹風冷卻，37 ℃以下脫模。每次壓制一件產(chǎn)品，需要五個多小時，如果壓力不夠，可能產(chǎn)生氣孔、疏松、裂紋；溫度不夠，可能產(chǎn)生分層；冷卻過快，可能產(chǎn)生裂紋等。因此，石墨生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制對材料的性能有很大影響，如質(zhì)量控制產(chǎn)生波動，在材料上的表現(xiàn)形式是多方面的，包括裂紋、疏松、氣孔等。
石墨材料一般制成圓柱體或方形體結(jié)構(gòu)，要求內(nèi)部不允許有裂紋和直徑大于1mm的空洞。
石墨材料的切削力只有切削鋁、銅等金屬材料的10%左右，車削溫度不高，最高溫度在 160～300℃之間，且與切削速度呈線性關(guān)系。但材料脆性大，加工中容易產(chǎn)生缺陷，加工表面質(zhì)量不易保證。
總之，該材料屬于難加工脆性非金屬材料，組織的致密性、均勻性與金屬相比相差甚遠。
2 典型零件簡介
2.1 典型零件結(jié)構(gòu)特點
我廠制造石墨模具零件大多為異型石墨件，結(jié)構(gòu)較為復雜。
石墨材料零部件的外觀要求：
?。?）零件表面不允許有裂紋。
?。?）不允許深度超過0.1mm的劃傷，不允許深度超過0.1mm的碰傷。
?。?）不允許最大尺寸大于0.5mm的崩邊。
2.2 加工現(xiàn)狀
近年來，在石墨材料加工方面做了大量的工作，成功地采用了數(shù)控加工技術(shù)，使加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到較大幅度的提高。但是，在加工中表面缺損、崩邊、刀具磨損嚴重等問題尚未得到徹底解決。
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3 加工難點分析
石墨材料具有極高的脆性，因此機械加工時，容易出現(xiàn)刀具磨損嚴重、邊角崩碎等現(xiàn)象。在加工零件時，機床運動方向的頻繁改變、刀具切入和切出時方向和角度的變化、微小的切削振動、刀具的磨損和破 損等也會導致刀具對工件產(chǎn)生沖擊，造成零件崩邊、刀具磨損嚴重等許多問題。
石墨材料的的車削過程大致是：在刀具切削刃與工件接觸時，工件的一部分因刀具推進發(fā)生破碎，形成“切屑”，切屑散落于刀具表面或堆積在前刀面，大多數(shù)切屑沿前刀面滑動，因而容易產(chǎn)生刀具月牙洼磨損。
另一方面，石墨材料的致密性、均勻性遠比金屬差，切削中刀尖承受的沖擊力更大，也更容易造成刀具磨損、零件崩邊。
4 解決措施
4.1 改進加工方法
4.1.1 優(yōu)化切削路徑
前嵌環(huán)、喉襯是由棒材加工成圓管，再由圓管加工成錐套，錐面上的余量較大。原來采用的是與錐面母線方向平行的“等距法”，加工路徑如圖7所示。這種切削方法空行程路徑長，加工效率低下。如果要提高效率，就得提高切削用量，刀具耐用度會降低，容易出現(xiàn)崩邊缺陷。
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在保證零件質(zhì)量的前提下，進行改進，采用“平行切法”加工錐面，粗車去余量，路徑如圖8（a）；再按圖8（b）所示的路徑精車，將切削退出位置設(shè)置在錐面內(nèi)部，避開棱邊處。這樣，不僅加工效率提高了50%以上，而且對防止崩邊缺陷起到有效地作用。
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4.1.2 分粗、精加工
如上所述，前嵌環(huán)、喉襯加工余量大，材料脆、硬、均勻性差，加工中帶有沖擊現(xiàn)象。為消除切削中出現(xiàn)崩邊缺陷，同時提高加工效率，分粗、精加工是解決問題的技術(shù)途徑之一。
將現(xiàn)場的加工程序優(yōu)化為粗、精加工，分別由粗、精刀具進行加工。粗加工以提高加工效率為主，切削深度一般取0.7~1mm；精加工對粗加工后的表面進行精細加工修復，采用小切深加工，切削深度一般用0.1~0.25mm. 這樣大大提高了刀具耐用度（刃口鋒利的持久性），有效防止了因刀具磨損而損 壞導致的崩邊缺陷。
4.2 選擇合適的刀具與切削參數(shù)
由于石墨材料脆性較高，致密度較差，故切削刀具應滿足硬度高、鋒利、耐沖擊與耐磨性良好等基本要求。
人造金剛石是一種超硬材料，它是在高溫、高壓和其他條件配合下由石墨轉(zhuǎn)化而成的。制成刀片形狀鑲焊在刀桿上，用于車削。人造金剛石的硬度很高，耐磨性很好，適用于加工非鐵金屬、非金屬材料。
立方氮化硼是用高溫、高壓的方法制成的，原料是結(jié)構(gòu)與石墨相似的六方氮化硼。該材料與人造金剛石相比，硬度略低，但熱穩(wěn)定性好，適用于加工黑色金屬和難加工材料。
硬質(zhì)合金硬度較高，耐磨性較好，但刃口不易磨鋒利。
因此，選用人造金剛石、立方氮化硼、硬質(zhì)合金等三種硬度較高、耐磨性較好的刀具材料進行切削對比。
為選擇三種刀具對應的合適切削參數(shù)，先進行了摸底切削試驗：
由于機床本身轉(zhuǎn)速限制，切削的線性速度最高可以在130m/min~150m/min之間。進給深度按4.1.2中設(shè)置。
人造金剛石刀具，切削的線性速度設(shè)置在 150m/min，進行切削T705石墨材料100件，發(fā)現(xiàn)刀具磨損正常，而且零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。
立方氮化硼刀具，切削線性速度設(shè)置在120 m/min ~ 150 m/min之間，進行切削T705石墨材料，加工60~80件零件后刀面磨損嚴重，且由于刀具磨損造成個別零件輕微崩邊；切削線性速度設(shè)置在80m/min~100m/min之間，刀具磨損正常。
選用硬質(zhì)合金刀具，切削速度在100m/min ~ 120m/min以之間，刀具急劇磨損，無法進行正常切削：切削速度在80 m/min ~ 100 m/min 之間，加工50件石墨零件后，刀具磨損嚴重，且由于刀具磨損造成個別零件崩邊；切削線性速度在80 m/min以下，刀具磨損正常。
選用硬質(zhì)合金刀具加工時，刀具前角對加工質(zhì)量也存在明顯的影響。分別采用正前角和負前角各加工10件零件。切削效果：采用正前角加工時候，切削力比較小，零件表面質(zhì)量穩(wěn)定。采用負前角加工時，發(fā)現(xiàn)其中5 件零件發(fā)現(xiàn)零件存在不同程度的崩邊。
…
結(jié)論：石墨的車削效果與刀具前角γ密切相關(guān)，采用正前角切削時，壓應力較小，可減少已加工表面破碎，有利于提高工件表面質(zhì)量。采用負前角切削時，壓應力增大，可促進石墨材料的破碎，更易形成大塊的斷裂塊屑。
結(jié)論：金剛石刀具加工石墨材料效果更好，耐用度最高，為加工中首選刀具；其次選用硬質(zhì)合金刀具；不推薦使用立方氮化硼刀具。
4.3 改善排屑條件
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從材料本身、生產(chǎn)過程、使用過程以及回收與再利用等多個維度來看，軟銜接石墨塊和軟銜接石墨電極在環(huán)保性能方面均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。發(fā)布時間：2024-10-10 -
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