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【石墨產(chǎn)業(yè)】我國(guó)石墨制品與國(guó)外的差距主要在哪里？

我國(guó)進(jìn)口石墨產(chǎn)品主要為等靜壓石墨、柔性石墨及石墨電極等。

1、我國(guó)等靜壓石墨與國(guó)外的差距

等靜壓石墨是石墨材料中的精品，與高新技術(shù)、國(guó)防尖端技術(shù)密切相關(guān)，是21世紀(jì)最有價(jià)值的新材料之一。
　　

我國(guó)雖有自己的等靜壓石墨生產(chǎn)企業(yè)，但是大部分等靜壓石墨產(chǎn)品性能較低、品種單一、大規(guī)格高性能等靜壓石墨尚不能量產(chǎn)。
　　

國(guó)外等靜壓石墨材料的發(fā)展已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，其中日本、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)所生產(chǎn)的等靜壓石墨已擁有近百種型號(hào)并自成系列，為其他高精尖領(lǐng)域發(fā)展提供了大量的新類型石墨產(chǎn)品。
　　

相對(duì)比而言，我國(guó)等靜壓石墨材料的發(fā)展受制于以下幾個(gè)方面。
　　

（1）原料和配方的差距
　　

我國(guó)生產(chǎn)等靜壓石墨的原料基本上與其他石墨產(chǎn)品所用原料相同，即石油焦和瀝青焦。國(guó)外具體的生產(chǎn)原料和配方，對(duì)我國(guó)一直是保密的。
　

德國(guó)西格里公司于2007年在收購山西泉海碳素公司后，成立了“西格里泉海碳素（山西）有限公司”。就目前的態(tài)勢(shì)來說，德國(guó)西格里在中國(guó)的生產(chǎn)基地還僅僅是利用焙燒與石墨化這兩道工序來進(jìn)行生產(chǎn)。
　　

法國(guó)羅蘭公司在重慶投資建設(shè)了2500噸/年的等靜壓石墨材料的生產(chǎn)基地。該生產(chǎn)基地并不是完整的生產(chǎn)線，其關(guān)鍵的工藝磨料、配方、混捏、造粒等關(guān)鍵工藝均沒有在重慶設(shè)廠。
　　

這些外商投資的跨國(guó)公司把等靜壓石墨材料生產(chǎn)核心的材料配方工藝仍放在國(guó)內(nèi)。這對(duì)我國(guó)發(fā)展等靜壓技術(shù)是一個(gè)制約和考驗(yàn)。
　　

（2）生產(chǎn)工藝的差距
　　

我國(guó)等靜壓石墨材料的生產(chǎn)工藝較國(guó)外步驟更多，且自動(dòng)化程度成品率較低，因而生產(chǎn)成本較高。



表1 我國(guó)在工藝裝備、流程、自動(dòng)化程度及生成成本等方面與國(guó)外的差距


若要趕上發(fā)達(dá)國(guó)家，必須從硬件設(shè)備到工藝流程入手，并進(jìn)一步深入研究國(guó)外的相關(guān)工藝，才能有所提高。
　　

（3）產(chǎn)品規(guī)格的差距
　　

正因?yàn)樵虾凸に嚪矫娴牟町愒斐晌覀儺a(chǎn)品性能方面的落后。



表2 我國(guó)在等靜壓石墨產(chǎn)品性能上與國(guó)外的差異


目前，大規(guī)格、特大規(guī)格等靜壓各向同性石墨是我國(guó)石墨制品的一項(xiàng)缺口。日本可以生產(chǎn)直徑2500mm的各向同性石墨，西格里產(chǎn)品的直徑也可以達(dá)到1250mm，重慶羅蘭特種石墨有限公司可以生產(chǎn)最大直徑1500mm，最長(zhǎng)2m的等靜壓石墨，而國(guó)內(nèi)大規(guī)格各向同性石墨較少，但我國(guó)直徑500mm以下的等靜壓石墨產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)能過剩，但直徑600mm以上的產(chǎn)品尚不能生產(chǎn)。
　　

另外，該類生產(chǎn)設(shè)備也難以配套，產(chǎn)品質(zhì)量很難穩(wěn)定。這就是目前我國(guó)企業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)的差距。
　　

從原料、配方、生產(chǎn)工藝和設(shè)備四方面來看，我國(guó)的等靜壓成型技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。
　　

目前，我國(guó)每年要從國(guó)外進(jìn)口靜壓石墨坯料約占我國(guó)消費(fèi)量的3/4，且消耗量逐年遞增。我國(guó)無疑是世界上一塊潛力巨大的等靜壓石墨市場(chǎng)。等靜壓石墨產(chǎn)品開發(fā)在我國(guó)只有10年的歷史，尚處于起步階段。
　　

（4）生產(chǎn)廠商的差距
　　

國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的等靜壓石墨產(chǎn)量低、質(zhì)量、性能以及產(chǎn)品尺寸、規(guī)格不能完全滿足市場(chǎng)需求，多為一些低端小尺寸產(chǎn)品，和國(guó)外主要廠家的產(chǎn)品存在比較大的差距。具體表現(xiàn)在尺寸較小、強(qiáng)度、密度不夠，同時(shí)最重要的差別是在于材料結(jié)構(gòu)和性能的不均勻性。
　

這些差距主要是由于原材料選擇以及生產(chǎn)技術(shù)工藝還沒有達(dá)到先進(jìn)水平，幾乎所有高端特種石墨都是依賴進(jìn)口，主要是從美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)這4個(gè)等靜壓石墨的生產(chǎn)基地進(jìn)口。所以，在等靜壓石墨的研究領(lǐng)域我國(guó)需要投入更多的工作。

2、我國(guó)柔性石墨與國(guó)外的差距



（1）什么是柔性石墨
　　

柔性石墨一般是鱗片石墨的一種深加工產(chǎn)品，它是利用鱗片石墨能形成層間化合物的特性，將鱗片石墨經(jīng)特定的化學(xué)處理，使之形成某種層間化合物，再經(jīng)高溫?zé)崽幚恚箤娱g化合物分解，同時(shí)，石墨延C軸方向迅速膨脹，形成一種具有優(yōu)良柔性的物質(zhì)，即膨脹石墨（或柔性石墨），將膨脹石墨添加或不加戮結(jié)劑壓制成的各種形體即為柔性石墨材料。
　　

（2）密封之王-柔性石墨
　　

柔性石墨具有優(yōu)良的性能，它在保留了鱗片石墨耐高溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等性能的同時(shí)，還具有柔軟性、回彈性、可塑性、不滲透性、自戮性、低密度和各向異性等特性。因此它能在苛刻的條件下工作。比如在密封方面，它與橡膠、石棉等相比，具有無可比擬的優(yōu)越性，堪稱當(dāng)代的“密封之王”，有人還稱它是一種“革命性的材料”。
　　

（3）研究應(yīng)用時(shí)間上的差距
　　

從20世紀(jì)60年代美國(guó)聯(lián)合碳化物公司首先研制成功膨脹石墨密封材料開始，短短30年的時(shí)間，柔性石墨己進(jìn)入許多領(lǐng)域甚至一些高技術(shù)領(lǐng)域。特別像美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)柔性石墨的研究非常廣泛，己涉及到層間化合物的制備方法等許多深層次的問題，目前該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。



中國(guó)對(duì)柔性石墨的研究應(yīng)用起步較晚，過去關(guān)鍵設(shè)備上的高級(jí)柔性石墨材料一般都從國(guó)外進(jìn)口。
　　

20世紀(jì)80年代初期，中國(guó)的柔性石墨只應(yīng)用于密封材料，而且還只是在石油、化工等少數(shù)行業(yè)中用作靜密封，應(yīng)用范圍很窄。
　　

80年代中期之后，隨著科學(xué)研究的深入和產(chǎn)品質(zhì)量的改善，柔性石墨的應(yīng)用才有了突破。



首先，是在密封方面有了提高，能夠在壓力交變和溫度交變較大的情況下正常工作，即可用作動(dòng)密封，此時(shí)，它不僅防泄漏，而且還以自身的潤(rùn)滑性保護(hù)軸和閥桿等免遭磨損，起到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的功效。由于柔性石墨對(duì)各種液體、氣體均不滲透，能夠達(dá)到完全密封，因而它在汽車、造船等行業(yè)特別受歡迎。
　　

其次，柔性石墨還被制成各種保護(hù)膜，廣泛運(yùn)用于鋼錠澆鑄技術(shù)。
　　

第三，有些廠家在冶煉稀有金屬時(shí)使用柔性石墨作保護(hù)材料，也取得了初步成功。



此外，柔性石墨還被用作原子核裝置的抗輻射內(nèi)襯材料，高溫爐中雜質(zhì)擴(kuò)散擋柵材料和熱屏蔽材料，高溫石墨組件的電氣觸點(diǎn)或加熱元件，鉗鍋內(nèi)襯以及改進(jìn)型整流電刷和可變阻器的電刷等。
　　

（4）柔性石墨性能上的差距
　　

雖然我國(guó)柔性石墨研究開發(fā)進(jìn)展較快，但是和日本、德國(guó)、美國(guó)相比還是存在較大差距。主要是生產(chǎn)水平較低，產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大。



產(chǎn)品性能：比如柔性石墨制品的抗拉強(qiáng)度比國(guó)外同類產(chǎn)品低近20%，而摩擦系數(shù)則要比國(guó)外產(chǎn)品高20%。
　　

品種規(guī)格：我國(guó)柔性石墨產(chǎn)品品種單一，而西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家和日本根據(jù)不同的使用條件，研制了抗氧化型、防腐型等1600多種柔性石墨制品，幾乎達(dá)到了應(yīng)有盡有的程度；
　　

柔性石墨制品復(fù)合材料方面：日本己研制成功了6種，而我們只有3種，其中還有一種尚處于試用階段。
　　

3、我國(guó)石墨電極與國(guó)外的差距
　　

在石墨電極規(guī)格上，我國(guó)研制的最大規(guī)格是Φ700mm。而早在10年前，世界上已經(jīng)開始使用Φ800mm的石墨電極。
　　

近年來，隨著中國(guó)冶金產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，落后生產(chǎn)裝備的小電爐日漸被淘汰，高功率和超高功率電爐迅速發(fā)展，從而使普通功率中小規(guī)格石墨電極市場(chǎng)供需大大萎縮，產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，但超高功率大規(guī)格石墨電極需求量逐年遞增。



因此，中國(guó)石墨電極供需處于超高功率電極供不應(yīng)求，高功率電極供需基本趨于平衡，普通功率電極則供過于求的階段。



在品種結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距也非常大。目前，美國(guó)UCAR，日本東海、昭和電工等生產(chǎn)的都是超高功率電極，80%左右是500mm以上大規(guī)格的超高功率電極，而中國(guó)超高功率電極產(chǎn)量?jī)H占石墨電極總產(chǎn)量的27%左右。因?yàn)槌吖β屎透吖β孰姞t煉鋼要比普通功率電爐煉鋼節(jié)電10%-20%，冶煉時(shí)間縮短20%，單位成本總計(jì)節(jié)約10%以上，所以推進(jìn)我國(guó)煉鋼電爐用超高功率發(fā)展是大勢(shì)所趨。

4、展望
　　

現(xiàn)階段，我國(guó)石墨仍以傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹鳎翠撹F冶煉、鑄造、機(jī)械潤(rùn)滑和汽車制造占比重較大。
　　

在新興產(chǎn)業(yè)石墨制品領(lǐng)域，我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注鋰電池、燃料電池、計(jì)算機(jī)芯片、顯示器及手機(jī)觸摸屏、剎車片、工業(yè)鉆石、汽油添加劑等。
　　

為了保護(hù)我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源，一方面要加大立法，提高準(zhǔn)入門檻，另一方面在加強(qiáng)地質(zhì)勘探的同時(shí)，大力改善石墨礦精加工工藝，探索新的、高附加值石墨制品的研發(fā)工作。
　　

在未來石墨的研究中，雖然多數(shù)材料中石墨只是作為輔助材料或配件，但石墨的π或σ鍵的化學(xué)性質(zhì)都得以體現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)與物化性質(zhì)容易實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。相信隨著世界性的科技變革，石墨在高精尖領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。