등방성 흑연 정보
등방성 흑연 은 1960년대에 개발된 새로운 유형의 흑연 재료로 일련의 우수한 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 등방성 흑연은 내열성이 좋습니다. 불활성 분위기에서는 온도가 높아짐에 따라 기계적 강도가 감소할 뿐만 아니라 증가하여 약 2500°C에서 가장 높은 값에 도달합니다. 일반 흑연과 비교하여 구조가 미세하고 조밀하며 균일성이 우수합니다. 낮은 열팽창 계수, 우수한 열충격 저항; 등방성; 강한 화학적 내식성, 우수한 열 및 전기 전도성; 우수한 가공 성능.
등방성 흑연이 분야에서 널리 사용되는 것은 바로 이러한 일련의 우수한 특성 때문이며 야금, 화학, 전기, 항공우주 및 원자력 산업 , 과학 기술의 발전과 함께 응용 분야가 계속 확대되고 있습니다.
등방성 흑연은 구조적으로 등방성인 원료를 필요로 하며 이를 더 미세한 분말로 분쇄해야 합니다. 냉간 정수압 프레싱 기술이 필요합니다. 발사주기가 매우 깁니다. 목표 밀도를 달성하려면 여러 번의 함침 및 소성 주기가 필요합니다. , 흑연화 기간은 일반 흑연보다 훨씬 길다.
등방흑연을 생산하는 원료에는 골재와 바인더가 포함됩니다. 골재는 주로 석유코크스와 피치코크스로 만들어지며, 분쇄된 피치코크스도 사용됩니다. 예를 들어, 미국 POCO사의 AXF계 등방흑연은 분쇄 피치 코크스 길소나이트 코크스를 사용하여 생산된다.
생산 과정에 대해
등방성 흑연의 성능은 원료에 따라 큰 영향을 받으며, 원료의 선택은 원하는 최종 제품을 생산하는 핵심 연결고리입니다. 사료를 공급하기 전에 원료의 특성과 균일성을 엄격하게 확인해야 합니다.
일반적인 압출 성형 및 압축 성형과 달리 등방 흑연은 냉간 등방 압착 기술로 형성됩니다. 원료 압축분말을 고무몰드에 채우고 고주파 전자진동을 통해 압축분말을 조밀하게 만든 후 밀봉 후 진공화하여 분체 입자 사이의 공기를 배출시킨 후 물이나 기름 등의 액상매체가 채워진 고압용기에 담는다. 100-200 MPa로 가압하고 원통형 또는 직사각형 제품으로 압착합니다.
파스칼의 원리에 따르면 물과 같은 액체 매질을 통해 고무 금형에 압력이 가해지며 모든 방향의 압력이 동일해집니다. 이러한 방식으로, 압축 분말 입자는 금형 내 충전 방향으로 배향되지 않고 불규칙한 배열로 압축됩니다. 따라서 흑연은 결정학적 성질이 이방성이지만 전체적으로는 등방성 흑연이지만 등방성이다.
성형품은 원통형, 직사각형형 외에 통형, 도가니형 등의 형상도 있습니다.
등방압 프레스 기계는 주로 분말 야금 산업에서 사용됩니다. 항공우주, 원자력 산업, 초경합금, 고전압 전자기학과 같은 고급 산업의 요구로 인해 등방압 프레싱 기술이 매우 빠르게 발전했습니다. 작동 실린더 내경 3000mm, 높이 5000mm, 최대 작동 압력 600MPa의 냉간 등방압 프레스를 제조할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.
현재 등방성 흑연을 생산하기 위해 탄소 산업에서 사용되는 냉간 등방압 프레스의 최대 크기는 Φ2150mm×4700mm이고 최대 작동 압력은 180MPa입니다.
등방성 흑연의 미세 구조로 인해 로스팅 과정이 특히 느려야 하며, 로 내 온도가 매우 균일해야 하며, 특히 피치 휘발물질이 급격하게 배출되는 온도 단계에서는 가열 과정을 신중하게 수행해야 하며 가열 속도는 1°C/h를 초과할 수 없습니다. 로 안의 온도차는 20°C 미만이어야 하며, 이 과정은 약 1~2개월 정도 소요됩니다.
제품의 부피밀도, 기계적 강도, 전기전도도, 열전도도, 화학적 반응성을 향상시키기 위해 가압 함침 처리를 할 수 있는데, 즉 열린 기공을 통해 콜타르 피치를 제품에 함침시키는 방법이다. 일반적으로 등압 압축된 흑연은 여러 번의 함침-하소 주기를 거칩니다.
소성된 생성물을 약 3000°C로 가열하면 탄소 원자 격자가 질서정연하게 배열되고 탄소에서 흑연으로의 변환이 완료되는데 이를 흑연화라고 합니다.
흑연화 후 제품의 부피 밀도, 전기 전도성, 열 전도성 및 내식성이 크게 향상되고 가공 성능도 향상됩니다. 그러나 흑연화는 제품의 굴곡 강도를 감소시킵니다.
흑연화 후에는 제품의 밀도, 경도, 강도, 저항률, 회분 함량 및 기타 지표를 확인하여 지표가 요구 사항을 충족하는지 판단해야 합니다.
주요 용도에 대해
등방흑연을 반도체, 단결정 실리콘, 원자력 분야에 사용하는 경우 순도에 대한 요구사항이 매우 높으며 이러한 분야에 사용하려면 화학적 방법으로 불순물을 제거해야 합니다.
흑연의 불순물을 제거하는 일반적인 방법은 흑연화된 생성물을 할로겐 가스에 넣고 약 2000°C로 가열하면 불순물이 저비점 할로겐화물로 할로겐화되어 휘발되어 제거됩니다.
흑연화 제품의 거의 모든 불순물 원소는 염소 할로겐화를 통해 제거할 수 있습니다. 예외적으로 붕소는 불소화를 통해서만 제거할 수 있습니다.
이 정제 방법은 고온에서 할로겐과 반응하지 않는 흑연의 독특한 특성과 흑연이 다공성이라는 특성을 최대한 활용합니다.
초크랄스키 단결정 실리콘의 열장에서 등방성 흑연 부품으로는 도가니, 히터, 전극, 단열 차폐판, 종자 결정 홀더, 회전 도가니용 베이스, 각종 디스크, 열반사판 등 30종 등이 있다. 그 중 등방성 흑연의 80%는 도가니와 히터를 만드는 데 사용됩니다.
최근 몇 년 동안 단결정 실리콘 막대의 직경 요구 사항이 점점 더 커지고 있으며 300mm 웨이퍼 생산이 점점 주류가 되고 있습니다. 이에 따라 단결정 로의 가열 구역 직경은 대부분 800mm입니다. 로 내부에 배치된 석영 도가니를 보호하기 위해 흑연 도가니의 직경은 860mm에 이릅니다. 히터의 직경은 약 960~1000mm입니다. 다른 부품의 직경은 최대 1000mm에 이릅니다. 1500mm.
2003년 이후 지구 생활환경 보호에 대한 사람들의 인식이 점차 높아지고 있으며, 이산화탄소를 배출하지 않는 자연에너지원에 대한 선호가 점차 높아지고 있습니다. 이러한 추세에 따라 태양전지의 생산량이 급격히 증가하고 있다.
태양전지용 다결정 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서는 먼저 다결정 실리콘 조각을 녹여 다결정 실리콘 사각 잉곳으로 주조해야 합니다. 잉곳로의 히터는 등압성 흑연으로 제작되어야 합니다.
최근 몇 년 동안 지구 기후가 따뜻해졌습니다. 화석 연료 사용으로 인해 발생하는 이산화탄소가 문제의 주요 원인인 것으로 생각됩니다. 최근 몇 년간 개발도상국의 경제성장은 세계적으로 눈에 띄는 성과를 거두었지만, 전력 부족 문제로 인해 이들 국가는 큰 어려움을 겪고 있습니다. 이런 상황에서 사람들의 관심은 태양전지나 풍력에 비해 에너지 흐름 밀도가 훨씬 높고, 이산화탄소와 황산화물을 배출하지 않는 원자력 발전으로 옮겨졌다.
현재 전 세계에서 사용되는 원자로는 대부분 경수로이다. 이 유형의 원자로의 작동 원리는 핵분열 중에 발생하는 열 에너지를 사용하여 냉수를 300°C 수증기로 기화시키고, 이를 통해 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 것입니다. 그러나 경수로의 온도가 낮기 때문에 경수로의 발전효율은 그다지 높지 않다. 대조적으로, 고온 가스 냉각 원자로는 그러한 문제가 없습니다. 불활성 가스(헬륨)를 냉각수로 사용합니다. 원자로 노심 출구 온도가 거의 1000°C에 도달할 수 있을 뿐만 아니라 발전 효율도 높을 뿐만 아니라 수소 생산에도 적합합니다. 전원 공급과 환경 보호가 모두 균형을 이루고 있다고 할 수 있습니다.
흑연은 고온에 견딜 뿐만 아니라 중성자를 덜 흡수하고 열 전달 특성이 좋기 때문에 이 고온 가스냉각식 원자로의 핵심 재료로 적합합니다.
흑연은 중성자 감속재이자 우수한 반사재입니다. 그 많은 우수한 특성은 원자력 산업에서 그 입지를 확립했습니다. 흑연은 산업적 대량 생산의 요구를 충족할 수 있을 뿐만 아니라 구조 재료에 요구되는 높은 기계적 강도와 고온 저항 특성을 가지고 있습니다. 따라서 흑연은 고온 가스냉각로의 구조재료로 적합하다.
고온 가스 냉각식 원자로의 매우 안전한 특성으로 인해 사람들은 모듈형 고온 가스 냉각식 원자로의 설계 개념을 제안하게 되었습니다. 차세대 초고온 원자로(UHTR)는 높은 출력 밀도와 고온을 향해 나아가고 있습니다. 이러한 기술 개발은 더 높은 방사선 손상 내성, 제품 균질화, 고품질 및 저렴한 가격, 장기 공급 등과 같은 차세대 흑연 재료의 특성에 대한 더 높은 요구 사항을 제시했습니다.
핵융합 장치가 점차 대형화됨에 따라 고온 플라즈마를 발생시키기 위해 열전도도가 좋고 기계적 강도가 높은 흑연 재료를 플라즈마와 마주하는 첫 번째 벽 재료로 사용하여 좋은 방전 펄스 효과를 나타냈습니다. 또한, 플라즈마에 혼합되더라도 원자번호가 낮아 발생하는 방사선 손실이 적어 고온 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다. 그러나 수소 동위원소의 발생으로 인해 흑연 물질은 CH4 가스의 소모적인 화학적 튀김과 방사선 강화 승화 손실 현상을 발생시킵니다(방사선 강화 승화는 플라즈마 입자가 조사 환경에 있다는 것을 의미하며, 현재 온도가 흑연 온도의 정상적인 열 승화에 도달하지 않더라도 흑연 물질도 승화하여 손실됩니다). 따라서 흑연재료를 플라즈마 표면재료로 사용하는 경우에는 흑연의 사용조건, 특히 온도에 주의를 기울여야 한다.
일본원자력연구소가 개발 중인 임계플라즈마장치 JT-60U의 플라즈마 대향재료와 전환판은 흑연재료로 만들어진 부품을 사용한다. 그 중 플라즈마 배출구의 전환판은 열전도율이 높고 열충격성이 높은 특수 C/C 복합재료와 탄소섬유를 원료로 사용한다. 상대적으로 열부하가 낮은 첫 번째 벽에는 다양한 재료가 사용됩니다. 등방성 흑연 재료.
한마디로 세계의 원자력산업은 다양한 발전과 변화를 겪고 있습니다. 고온가스냉각원자로 분야에서는 남아프리카공화국과 중국의 상업용 고온가스냉각원자로가 발전하고 있다. 핵융합로 분야에는 실험용 원자로가 있습니다. 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트가 진행되는 가운데 일본의 JT-60 장치 개조도 진행 중이다.
주로 흑연이나 구리를 전극으로 사용하는 방전가공은 금형 등 가공분야에서 널리 활용되고 있다.
방전 가공용 흑연 형상 가공의 전처리 요구 사항: ① 낮은 공구 소모; ② 처리 속도가 빠르다. ③ 가공된 표면의 거칠기가 양호합니다. ④ 날카로운 돌기 등이 없을 것
방전 가공 공정 요구 사항: ① 빠른 방전 가공 속도; ② 전극 길이의 소모가 적습니다. ③ 전극 각도의 손실이 적습니다. ④ 공작물의 가공 표면 거칠기가 양호합니다. ⑤ 공작물의 가공면 등의 요철이 적습니다.
구리 전극과 비교하여 방전 가공용 흑연 전극은 다음과 같은 장점이 있습니다. ① 구리보다 가볍고 운반이 용이하며 동일한 모양에서 구리 무게의 1/5에 불과합니다. ② 가공이 용이하다. ③ 절단 가공은 응력과 열 변형을 일으키기 쉽지 않습니다. ④ 융점이 3000°C 이상이고 열팽창계수가 작으며 흑연전극은 방전가공 시 발생하는 열에 의해 변형이 거의 발생하지 않습니다.
그러나 흑연 전극에는 다음과 같은 몇 가지 단점도 있습니다. ① 절단 중에 먼지가 쉽게 발생합니다. ② 쉬운 손실 등
방전가공용 흑연전극 제조사에서는 저가의 황삭가공부터 마감까지 다양한 Grade의 제품을 생산하고 있습니다.
최근에는 기존의 개념과 다른 초미립자 방전가공용 흑연전극이 등장하고 있다. 이러한 종류의 전극은 흑연 소비를 줄이는 것을 목표로 합니다. 개발 아이디어는 간단합니다. 전극 소비 감소 → 방전 처리 시 전극에서 떨어지는 흑연 입자 감소 → 미세 입자 → 입자 간 결합 강도 높음 → 아스팔트 골재의 효율적이고 합리적인 사용 → 제조 매개 변수를 조정하여 불량률 및 제조 비용 감소.
초미립자 방전 가공용 흑연 전극의 시판 가능 여부도 흑연 전극 제조사의 생산 기술 수준에 달려 있다.
현재의 상황에서 금형의 깊고 세밀한 가공에 있어 절단 공정은 여전히 다소 무력한 상태입니다. 기존 절삭 공구의 모양과 강도는 깊고 세밀한 가공 요구 사항을 충족하기 어렵기 때문입니다. 따라서 흑연전극의 많은 장점을 최대한 활용하기 위해 등압압축된 흑연을 가공한 정밀방전용 흑연전극을 개발하여 마무리하였다.
주조 공정의 단순화, 제품 품질 향상 및 제품 구조의 균일성이라는 장점으로 인해 연속 주조 및 압연을 사용하여 비철 금속 판, 튜브, 막대 등을 생산하는 것이 매우 보편화되었습니다. 현재 대규모 순동, 청동, 황동 및 백동의 생산은 주로 연속 주조를 채택합니다. 그 중 제품 품질에 중요한 역할을 하는 결정화 장치는 등방성 흑연으로 만들어집니다.
등압압착 흑연재료는 열전도성, 열안정성, 자기윤활성, 젖음방지성, 화학적 불활성 등의 측면에서 우수한 특성을 갖고 있어 결정화기 제조에 있어서 대체할 수 없는 재료가 되었습니다.
등방성 흑연은 다이아몬드 공구 및 초경합금 소결 금형, 광섬유 연신 기계의 열장 부품(히터, 절연 실린더 등), 열장 부품(히터, 베어링 프레임 등) 및 정밀 흑연 열 교환기, 기계적 밀봉 부품, 피스톤 링, 베어링, 로켓 노즐 등을 만드는 데에도 사용됩니다.
오늘날 산업 생산에서 흑연은 없어서는 안될 핵심 소재가 되었습니다. 특히 태양광 산업, LED 산업, 반도체 산업 및 원자력 산업에서 흑연에 대한 수요가 급격히 증가하고 품질 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.
