特産品黒鉛の分類と製造手順

特殊グラファイトは広範囲をカバーします。エレクトロカーボン製品業界、天然黒鉛製品業界、冶金炭素製品業界では、異なる理解と分類方法があります。冶金用炭素製品業界の慣例的な分類と解釈によれば、特殊黒鉛とは主に高強度、高密度、高純度の黒鉛製品（「三高黒鉛」と呼ばれます）を指します。 3 種類の黒鉛は材料構造から粗大粒子、細粒子、超微粒子構造に分類できます。特殊黒鉛には、成形、押出、静水圧プレスの 3 種類があります。さらに、振動成形を使用して特殊黒鉛を製造することもできます。

高品質の特殊黒鉛は静水圧プレスプロセスによって製造されます。その主な用途によれば、次のものがあります。放電加工用の特殊グラファイト。鋳型用の特殊黒鉛。鋼、銅、アルミニウムの連続鋳造用の特殊黒鉛。チョクラルスキー単結晶シリコン炉または貴金属および高純度材料の精錬用の高純度グラファイト。合成ダイヤモンド用のグラファイト。やミサイル技術に使用される特殊なグラファイト。

一般化された特殊黒鉛には、熱分解炭素（熱分解黒鉛）、バイオエンジニアリング用炭素材料、ガラスカーボン、多孔質炭素および多孔質黒鉛、黒鉛層間化合物（軟質黒鉛、フッ化物黒鉛など）、レーザー用黒鉛なども含まれます。特殊な炭素および黒鉛も多数含まれます。この材料は、カーボン ブラシ、カーボン グラファイト ベアリング、電気機関車の送りスライダー、光ファイバーの線引きなど、機械および電子産業でも使用されます。グラファイトモールドの使用などについては、この論文では説明されていません。

特殊黒鉛の主な種類

放電加工用グラファイト

EDM は、機械製造業界における新しい加工技術です。 EDM は、多くのより硬い金属や複雑な形状の部品を高精度に加工できます。アノードのツール電極としては、銅またはグラファイトを使用できます。

EDM のツール電極として使用されるグラファイト材料は、次の要件を満たす必要があります。

1. 構造がコンパクトで構造が均一です。粗大粒子や大きな細孔があってはなりません。

2. 機械的強度が高く、加工性に優れています。複雑な形状、鋭角、薄板の加工も可能です。

3. グラファイト工具電極は EDM 中に一定の損失を持ちますが、これは可能な限り低くする必要があります。

4. 吐出特性が安定しており、処理速度が速い。

したがって、放電加工に使用される黒鉛は、一般に細粒黒鉛または超微粒黒鉛が採用され、その物性は等方性であることが好ましい。したがって、現在、中国の放電加工用黒鉛材料市場では、細粒構造を有する等方性黒鉛が広く使用されています。

モールドグラファイト

黒鉛材料は、機械産業の鋳造業界で、超硬合金の加圧鋳造、遠心鋳造、熱間押出、その他の加工金型として広く使用されています。グラファイトモールドは大型電車の車輪や小型精密部品に使用できます。グラファイトモールドは何度も再利用できます。脱型後の鋳物は平滑性が高く、そのまま使用できるものもあります。鋳型に使用される黒鉛材料は、組織が緻密で、熱膨張係数が低く、耐酸化性に優れた黒鉛でなければなりません。大型の鋳物の鋳造に使用される黒鉛は粒度の粗いもので構成できますが、小型精密部品の鋳造に使用される黒鉛は粒度の細かい黒鉛でなければなりません。

モールドグラファイトでは、金属による連続鋳造グラファイトの品質要件が最も厳しいです。高い熱伝導率、優れた熱安定性と耐熱衝撃性、良好な潤滑性、溶融金属の浸透がなく、鋳造金属との反応がなく、正確なサイズの金型に加工しやすいことが必要です。

合成ダイヤモンド用グラファイト

工業用ダイヤモンドは重要な切断および研磨材ですが、天然ダイヤモンドの生産量は非常に少なく、高価です。グラファイトとダイヤモンドは同じ炭素元素に属しますが、結晶形は異なります。グラファイトは高温高圧下でダイヤモンドの結晶形に変化します。 1954年にはスウェーデンとアメリカが相次いで合成ダイヤモンドの合成に成功しました。中国も1960年代に合成ダイヤモンドを合成し、1970年代には合成ダイヤモンドを合成するための特殊な黒鉛材料を生産した。中国で生産される人造ダイヤモンドグラファイトの生産規模は3つに分類されます。特徴と用途を表に示します。

高純度グラファイト

高純度グラファイトとは、一般に炭素含有量が 99.99% 以上のグラファイトを指します。その構造は、粗粒子構造、微粒子構造、超微粒子構造の3種類に分けられます。高純度グラファイトはチョクラルスキーシリコン炉で広く使用されています。集積回路の基本材料は主にシリコン単結晶チップです。現在、シリコン単結晶の育成プロセスには主にチョクラルスキー法が採用されています。その他の方法としては、磁場チョクラルスキー法、ゾーン法、二重るつぼ法などがあります。チョクラルスキー炉のグラファイト部品は消耗品です。高純度グラファイト材料は、チョクラルスキー単結晶シリコン炉の加熱システムの処理に使用されます。

高純度グラファイトのもう 1 つの重要な用途は、貴金属、レアメタル、または高純度金属、非金属材料を製造するためのさまざまなるつぼを加工することです。分光分析用黒鉛電極も高純度黒鉛の一種であり、炭素を除くすべての元素の分光分析に使用できます。分光分析用黒鉛電極は押出法により成形されます。最終製品の不純物元素含有量は 6*10-5 以下である必要があります。分光分析における標準試料の調製や化学的手法による不純物の採取には、分光純炭素粉末または分光純黒鉛粉末を使用する必要があります。これら 2 つの高純度材料の不純物含有量は 6*10-5 です。一部の用途では、炭素含有量は 99.9995% で、総灰分含有量は 5*10-6 未満です。高純度グラファイトの成形方法には、押出成形、成形、静水圧プレスなどがあります。

原子力用黒鉛材料

グラファイトは、原子炉の建設に使用される減速および反射材料の 1 つです。初期の反応器はすべてグラファイト反応器でした。原子炉の構造材料として使用される黒鉛は、黒鉛電極に比べて原料の選択、工程管理、完成品の検査が非常に厳しく、高価です。原子炉に使用される黒鉛は、遅い中性子の吸収が小さい、良好な高温強度、高い熱衝撃耐性、および高速中性子の良好な減速性能、照射下でのサイズの安定性、および不純物含有量が非常に少ないという特性を備えていなければなりません。

グラファイトの高速中性子への減速は高速中性子の炭素原子への衝突に依存するため、核グラファイトはより高い体積密度を持たなければなりません。単位体積中の炭素原子が多いほど減速効果が高まるため、体積密度は核黒鉛の主な指標の 1 つです。核燃料や熱媒体を避けるために、体積密度はグラファイトの多孔性と透過性にも直接関係します。損失を得るには、気孔率と透過性を一定のレベルまで下げる必要があります。

等方性黒鉛

等方性黒鉛の国際的な定義はさらに明確にする必要がありますが、一般に製品の直径方向と長さ方向のいくつかの物理的性能指標を測定し、その比率を計算するために使用されます。熱膨張係数の比で表されるものもあります。最も単純なものは抵抗率の比で表されます。異方性比が1.0～1.1の範囲を等方積、1.1を超えるものを異方積と呼びます。通常の石油コークスに加えて、改質アスファルトコークス、天然アスファルトコークス、酸化石油コークス、未焼成生石油コークスおよび天然黒鉛も等方性黒鉛の製造に使用されます。