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【石墨產業】我國石墨制品與國外的差距主要在哪里？

我國進口石墨產品主要為等靜壓石墨、柔性石墨及石墨電極等。

1、我國等靜壓石墨與國外的差距

等靜壓石墨是石墨材料中的精品，與高新技術、國防尖端技術密切相關，是21世紀最有價值的新材料之一。
　　

我國雖有自己的等靜壓石墨生產企業，但是大部分等靜壓石墨產品性能較低、品種單一、大規格高性能等靜壓石墨尚不能量產。
　　

國外等靜壓石墨材料的發展已經有很長的歷史，其中日本、美國、德國、法國所生產的等靜壓石墨已擁有近百種型號并自成系列，為其他高精尖領域發展提供了大量的新類型石墨產品。
　　

相對比而言，我國等靜壓石墨材料的發展受制于以下幾個方面。
　　

（1）原料和配方的差距
　　

我國生產等靜壓石墨的原料基本上與其他石墨產品所用原料相同，即石油焦和瀝青焦。國外具體的生產原料和配方，對我國一直是保密的。
　

德國西格里公司于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”。就目前的態勢來說，德國西格里在中國的生產基地還僅僅是利用焙燒與石墨化這兩道工序來進行生產。
　　

法國羅蘭公司在重慶投資建設了2500噸/年的等靜壓石墨材料的生產基地。該生產基地并不是完整的生產線，其關鍵的工藝磨料、配方、混捏、造粒等關鍵工藝均沒有在重慶設廠。
　　

這些外商投資的跨國公司把等靜壓石墨材料生產核心的材料配方工藝仍放在國內。這對我國發展等靜壓技術是一個制約和考驗。
　　

（2）生產工藝的差距
　　

我國等靜壓石墨材料的生產工藝較國外步驟更多，且自動化程度成品率較低，因而生產成本較高。



表1 我國在工藝裝備、流程、自動化程度及生成成本等方面與國外的差距


若要趕上發達國家，必須從硬件設備到工藝流程入手，并進一步深入研究國外的相關工藝，才能有所提高。
　　

（3）產品規格的差距
　　

正因為原料和工藝方面的差異造成我們產品性能方面的落后。



表2 我國在等靜壓石墨產品性能上與國外的差異


目前，大規格、特大規格等靜壓各向同性石墨是我國石墨制品的一項缺口。日本可以生產直徑2500mm的各向同性石墨，西格里產品的直徑也可以達到1250mm，重慶羅蘭特種石墨有限公司可以生產最大直徑1500mm，最長2m的等靜壓石墨，而國內大規格各向同性石墨較少，但我國直徑500mm以下的等靜壓石墨產品已經產能過剩，但直徑600mm以上的產品尚不能生產。
　　

另外，該類生產設備也難以配套，產品質量很難穩定。這就是目前我國企業與發達國家企業的差距。
　　

從原料、配方、生產工藝和設備四方面來看，我國的等靜壓成型技術還有很長的路要走。
　　

目前，我國每年要從國外進口靜壓石墨坯料約占我國消費量的3/4，且消耗量逐年遞增。我國無疑是世界上一塊潛力巨大的等靜壓石墨市場。等靜壓石墨產品開發在我國只有10年的歷史，尚處于起步階段。
　　

（4）生產廠商的差距
　　

國內廠商生產的等靜壓石墨產量低、質量、性能以及產品尺寸、規格不能完全滿足市場需求，多為一些低端小尺寸產品，和國外主要廠家的產品存在比較大的差距。具體表現在尺寸較小、強度、密度不夠，同時最重要的差別是在于材料結構和性能的不均勻性。
　

這些差距主要是由于原材料選擇以及生產技術工藝還沒有達到先進水平，幾乎所有高端特種石墨都是依賴進口，主要是從美國、日本、德國、法國這4個等靜壓石墨的生產基地進口。所以，在等靜壓石墨的研究領域我國需要投入更多的工作。

2、我國柔性石墨與國外的差距



（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，將鱗片石墨經特定的化學處理，使之形成某種層間化合物，再經高溫熱處理，使層間化合物分解，同時，石墨延C軸方向迅速膨脹，形成一種具有優良柔性的物質，即膨脹石墨（或柔性石墨），將膨脹石墨添加或不加戮結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
　　

柔性石墨具有優良的性能，它在保留了鱗片石墨耐高溫、耐腐蝕、自潤滑等性能的同時，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，具有無可比擬的優越性，堪稱當代的“密封之王”，有人還稱它是一種“革命性的材料”。
　　

（3）研究應用時間上的差距
　　

從20世紀60年代美國聯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年的時間，柔性石墨己進入許多領域甚至一些高技術領域。特別像美國、日本、英國、德國等工業發達國家對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，目前該領域蓬勃發展。



中國對柔性石墨的研究應用起步較晚，過去關鍵設備上的高級柔性石墨材料一般都從國外進口。
　　

20世紀80年代初期，中國的柔性石墨只應用于密封材料，而且還只是在石油、化工等少數行業中用作靜密封，應用范圍很窄。
　　

80年代中期之后，隨著科學研究的深入和產品質量的改善，柔性石墨的應用才有了突破。



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，即可用作動密封，此時，它不僅防泄漏，而且還以自身的潤滑性保護軸和閥桿等免遭磨損，起到延長設備使用壽命的功效。由于柔性石墨對各種液體、氣體均不滲透，能夠達到完全密封，因而它在汽車、造船等行業特別受歡迎。
　　

其次，柔性石墨還被制成各種保護膜，廣泛運用于鋼錠澆鑄技術。
　　

第三，有些廠家在冶煉稀有金屬時使用柔性石墨作保護材料，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襯材料，高溫爐中雜質擴散擋柵材料和熱屏蔽材料，高溫石墨組件的電氣觸點或加熱元件，鉗鍋內襯以及改進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
　　

雖然我國柔性石墨研究開發進展較快，但是和日本、德國、美國相比還是存在較大差距。主要是生產水平較低，產品質量與發達國家差距較大。



產品性能：比如柔性石墨制品的抗拉強度比國外同類產品低近20%，而摩擦系數則要比國外產品高20%。
　　

品種規格：我國柔性石墨產品品種單一，而西方一些發達國家和日本根據不同的使用條件，研制了抗氧化型、防腐型等1600多種柔性石墨制品，幾乎達到了應有盡有的程度；
　　

柔性石墨制品復合材料方面：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、我國石墨電極與國外的差距
　　

在石墨電極規格上，我國研制的最大規格是Φ700mm。而早在10年前，世界上已經開始使用Φ800mm的石墨電極。
　　

近年來，隨著中國冶金產業結構的優化升級，落后生產裝備的小電爐日漸被淘汰，高功率和超高功率電爐迅速發展，從而使普通功率中小規格石墨電極市場供需大大萎縮，產品嚴重過剩，但超高功率大規格石墨電極需求量逐年遞增。



因此，中國石墨電極供需處于超高功率電極供不應求，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。



在品種結構方面，我國與發達國家的差距也非常大。目前，美國UCAR，日本東海、昭和電工等生產的都是超高功率電極，80%左右是500mm以上大規格的超高功率電極，而中國超高功率電極產量僅占石墨電極總產量的27%左右。因為超高功率和高功率電爐煉鋼要比普通功率電爐煉鋼節電10%-20%，冶煉時間縮短20%，單位成本總計節約10%以上，所以推進我國煉鋼電爐用超高功率發展是大勢所趨。

4、展望
　　

現階段，我國石墨仍以傳統工業領域為主，即鋼鐵冶煉、鑄造、機械潤滑和汽車制造占比重較大。
　　

在新興產業石墨制品領域，我國應重點關注鋰電池、燃料電池、計算機芯片、顯示器及手機觸摸屏、剎車片、工業鉆石、汽油添加劑等。
　　

為了保護我國石墨礦產資源，一方面要加大立法，提高準入門檻，另一方面在加強地質勘探的同時，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工作。
　　

在未來石墨的研究中，雖然多數材料中石墨只是作為輔助材料或配件，但石墨的π或σ鍵的化學性質都得以體現，其結構與物化性質容易實現調節。相信隨著世界性的科技變革，石墨在高精尖領域將得到越來越廣泛的應用。