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高纯石墨

 

高纯石墨一般指含碳量在99.99%以上的石 墨，在组织结构上可分为粗颗粒结构、细颗粒结构和超细颗粒结构三类，高纯石墨大量用于直拉单晶硅炉中。集成电路的基础材料主要是硅单晶芯片，目前硅单晶的成长工艺主要采用直拉法，其他方法还有磁场直拉法、区域法以及双坩埚拉晶法，直拉单晶硅炉中的石墨件是消耗品，采用高纯石墨材料加工成直拉单晶硅炉的加热系统。

 

高纯石墨另一重要用途是加工成各类坩埚，用于生产贵金属、稀有金属或高纯金属、非金属材料。光谱分析用石墨电极也是一种高纯石墨，可用于除碳元素以外的所有元素的光谱化学分析，光谱分析用石墨电极用挤压方法成型。成品的杂质元素含量应不大于6*10-5。在光谱分析中制备标准样品和用化学方法捕集杂质时需用光谱纯炭粉或光谱纯石墨粉，这两种高纯材料对杂质含量的要求都是在6*10-5；在某些用途方面，需要含碳量达到99.9995%，总灰分含量小于5*10-6。高纯石墨的成型方法有挤压成型、模压成型及等静压成型三种。

石墨

  （1）加工速度更快：通常情况下，石墨的机械加工速度能比铜快2~5倍；而放电加工速度比铜快2~3倍； 　　材料更不容易变形：在薄筋电极的加工上优势明显；铜的软化点在1000度左右，容易因受热而产生变形；石墨的升华温度为3650度；热膨胀系数仅有铜的1/30。

  （2）重量更轻：石墨的密度只有铜的1/5，大型电极进行放电加工时，能有效降低机床（EDM）的负担；更适合于在大型模具上的应用。 

　（3）放电消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗。 　　

  （4）没有毛刺；铜电极在加工完成后，还需手工进行修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现自动化生产；

  （5）石墨更容易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光；

  （6）材料成本更低，价格更稳定；由于近几年铜价上涨，如今各向同性石墨的价格比铜更低，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30%～60%，并且价格更稳定，短期价格波动非常小。   正是这种无可比拟的优势，石墨逐渐取代铜成为EDM电极的选择材料，工业上将石墨矿石分为晶质(鳞片状)石墨矿石和稳晶质(土状)石墨矿石两大类。晶质石墨矿石又可分为鳞片状和致密状两种。 中国石墨矿石以鳞片状晶质类型为主，其次为隐晶质类型，致密状晶质石墨只见于新疆托克布拉等个别矿床中，工业价值不大。鳞片状石墨矿石结晶较好，晶体粒径大于1μm，一般为0.05～1.5mm，大的可达5～10mm，多呈集合体。矿石品位较低，一般为3～13.5%。   伴生的矿物有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴石和少量硫铁矿、方解石等，有时还伴有金红石，钒云母等有用组分。鳞片石墨矿石按其所赋存岩石的岩性不同，分片麻岩型、片岩型、透辉岩型、变粒岩型、混合岩型、大理岩型及花岗岩型等七种，前六种矿石类型产于区域变质成因矿床中，后一种矿石类型则产于岩浆热液成因矿床中。 　　稳晶质石墨矿石一般呈微晶集合体，晶体粒径小于1μm，只有在电子显微镜下才能观察到其晶形。矿石呈灰黑色、钢灰色，一般光泽暗淡，具有致密块状、土状及层状、页片状构造。隐晶石墨的工艺性能不如鳞片状石墨，工业应用范围也较小，矿石品位一般都较高，但矿石可选性差。矿物成分以石墨为主，伴生有红柱石、水云母、绢云母及少量黄铁矿、电气石、褐铁矿、方解石等。品位一般为60～80%、灰分为15～22%、挥发分为1～2%、水分为2～7%。