1 Основное применение изостатического графита
1. 1 Чохральский монокристаллический термопольный и поликремниевый слиток нагревателя печи
В тепловом поле Чохральского кремния изостатически спрессованные графитовые детали включают тигли, нагреватели, электроды, теплозащитные экраны, держатели семян, основания для вращающегося расточки, различные круглые пластины, теплоотражающие пластины и т.д. 30 видов. Среди них 80% изостатического графита используется для изготовления тиглей и нагревателей.
В последние годы спрос на диаметр монокристаллических кремниевых стержней становился все больше и больше, и производство 300 мм пластин стало все более популярным. Соответственно, диаметр зоны нагрева монокристаллической печи составляет в основном 800 мм. Графитовый тигель в печи имеет диаметр 860 мм для защиты помещенного в него кварцевого тигля, а диаметр нагревателя составляет примерно от 960 до 1000 мм. Максимум 1500 мм.
С 2003 года осведомленность людей о защите среды обитания Земли постепенно увеличивается, и люди все чаще отдают предпочтение природным источникам энергии, которые не выделяют углекислый газ. Под этой тенденцией производство солнечных элементов увеличилось быстро. В процессе изготовления поликристаллической кремниевой пластины солнечного элемента поликристаллическая кремниевая крошка сначала отливается в квадратный слиток поликристаллического кремния. Нагреватель слитковой печи должен быть изготовлен из изостатически спрессованного графита.
1. 2 Атомная энергетика
В последние годы глобальное потепление произошло. Считается, что основной причиной этой проблемы является углекислый газ, получаемый при использовании ископаемого топлива. В последние годы, несмотря на то, что экономический рост развивающихся стран достиг замечательных результатов, проблема недостаточной власти глубоко затронула эти страны. При таких обстоятельствах люди обратили внимание на атомную энергетику с более высокой плотностью энергии, чем солнечные элементы и энергия ветра, и не выделяли углекислый газ и оксиды серы.
В настоящее время большинство ядерных реакторов, которые были введены в эксплуатацию во всем мире, в основном представляют собой легководные реакторы. Этот тип штабелирования работает с использованием тепла, генерируемого ядерным крекингом, для испарения холодной воды в водяной пар при 300 ° C, чтобы привести турбину в действие для выработки электроэнергии. Однако из-за низкой температуры водяного реактора эффективность выработки электроэнергии легководным реактором не слишком высока.
Напротив, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы не имеют таких проблем. Он использует инертный газ (гелий) в качестве хладагента, не только температура на выходе из активной зоны может достигать почти 1000 ° C, но также имеет высокую эффективность выработки энергии и также подходит для производства водорода. Можно сказать, что источник питания и защита окружающей среды являются правильными. Графит подходит в качестве основного материала для таких высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, поскольку графит не только обладает высокой термостойкостью, но также имеет низкое поглощение нейтронов и хорошую теплопередачу.
Топливно-материальные ресурсы для ядерного синтеза практически неисчерпаемы, а энергия, выделяемая в ходе реакции, также очень велика. Чтобы ядерный синтез продолжался в течение длительного времени, необходимо поддерживать плазму при определенной температуре. Графит является незаменимым материалом для поддержания ядерной термоядерной плазмы.
1.2.1 `Реактор ядерного деления (высокотемпературный газоохлаждаемый реактор)
Графит является замедлителем нейтронов и отличным отражателем. Многие из его собственных превосходных характеристик укрепили свои позиции в атомной отрасли. Графит не только отвечает потребностям промышленного массового производства, но также обладает высокой механической прочностью и высокой термостойкостью, необходимой для конструкционных материалов, поэтому графит подходит в качестве конструкционного материала для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.
Свойства графита, используемого в качестве модератора и отражателя
(1) Общие требования к характеристикам
Свойства графита варьируются в зависимости от типа и конструкции ядерного реактора. Графитовые материалы, необходимые для ядерных реакторов, являются крупными материалами. Кроме того, при массовом производстве графитовые материалы должны быть не только стабильными по качеству, с высокой степенью чистоты, но также и устойчивыми к коррозии и с высокой прочностью.
(2) Характеристики и чистота ядерного графита
Модератор используется в ядерных реакторах деления для замедления быстрых нейтронов, генерируемых ядерным делением, в тепловые нейтроны, увеличивая вероятность столкновения между нейтронами и ядрами 235U, тем самым увеличивая вероятность реакций деления. Поэтому от модератора требуется большое сечение рассеяния и малая поверхность поглощения нейтрона. Более медленная и отражающая способность графита к нейтронам уступает только тяжелой воде и является лучшим замедлителем в дополнение к тяжелой воде. Следовательно, это единственный конструкционный материал, который можно использовать в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах.
(3) Физические изменения, вызванные облучением
Графит, используемый в сердечнике и окружающей среде, будет деформироваться при облучении, теплопроводность снижается, модуль упругости увеличивается, и происходит ползучесть при облучении. Следовательно, используемый в качестве замедлителя графит должен обладать высокой устойчивостью к воздействию радиационного напряжения, создаваемого ползучестью и деформацией.
Текущее состояние графитовых материалов в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах и будущие проблемы
Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор очень безопасен, что привело к разработке концепции модульного высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Следующее поколение сверхвысоких температур ядерных реакторов (UHTR) движется к высокой плотности мощности и высокой температуре. Эти технологические достижения предъявляют более высокие требования к характеристикам графитовых материалов нового поколения, таким как более высокая стойкость к радиационному повреждению, гомогенизация продукта, высокое качество и низкая цена, а также долгосрочные поставки. В рамках научно-исследовательской программы по ядерным реакторам следующего поколения (NGNP) Соединенные Штаты изучили IG-430 японского Toyo Carbon и изостатический графит 2020 года американского отделения Roland Graphite в качестве альтернативных материалов ядра. Показатели производительности этих двух видов графита приведены в таблице 1.
1.2.2 Ядерный термоядерный реактор
Графит используется в ядерном термоядерном реакторе для облицовки материала, что значительно снижает примеси металлов в плазме и демонстрирует хорошую теплопроводность, тем самым значительно улучшая характеристики удержания энергии плазмы. Внутренние стенки больших ядерных термоядерных реакторов JT-60U и JET теперь почти покрыты графитом.
В октябре 2007 года Международное агентство по атомной энергии запустило программу Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), которая была реализована совместно семью странами (Япония, ЕС, Россия, США, Китай, Южная Корея, Индия). Ожидается, что план будет завершен в 2016 году в Кадараше, Франция.
Поскольку устройство для ядерного синтеза постепенно расширяется, чтобы генерировать высокотемпературную плазму, в качестве первого материала стенки, обращенного к плазме, используется графитовый материал, имеющий хорошую теплопроводность и высокую механическую прочность, и демонстрирует хороший эффект импульса разряда. Кроме того, даже если они смешаны с плазмой, поскольку атомное число мало, потери на облучение малы, так что высокотемпературная плазма может оставаться стабильной. Однако попадание изотопов водорода приводит к всплеску расходуемого химического газа CH4 и явлению радиационных потерь сублимации. Радиационная сублимация означает, что частицы плазмы находятся в облученной среде, даже если текущая температура не достигает нормальной термической сублимации графита. Температура, материал графита также сублимирует явление потери). Следовательно, при использовании графитового материала в качестве облицовочного материала для плазмы необходимо уделять внимание условиям использования графита, в частности температуре.
1.2.3 Другой ядерный графит (материалы для контроля реакции)
Независимо от того, увеличиваются или уменьшаются материалы ядерного деления в ядерных реакторах, ядерные реакторы должны быть оснащены регулирующими стержнями для компенсации и регулировки количества нейтронов в атомном реакторе. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор использует цилиндр из углерода в сочетании с B4C в качестве управляющего стержня. Для этого необходимо, чтобы графитовый материал оставался стабильным в используемой температурной среде и устойчивым к нейтронному облучению.
Короче говоря, атомная энергетика в мире переживает множество изменений и изменений. В области высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов развиваются коммерческие высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы в Южной Африке и Китае. В области ядерных термоядерных реакторов существуют экспериментальные реакторы. Одновременно с планированием Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) в Японии также осуществляется установка JT-60.
1. 3 разрядный обрабатывающий электрод
Электроэрозионная обработка, в основном с использованием графита или меди в качестве электрода, широко используется в таких областях обработки, как металлические формы. Требования к предварительной обработке формы графита для электроэрозионной обработки: 1 меньше расхода инструмента, 2 более высокая скорость обработки, 3 хорошая шероховатость поверхности, 4 отсутствие выступов наконечника. Требования к процессу электроэрозионной обработки: 1 Скорость обработки электроразрядом высокая, 2 расхода электрода невелик, угловые потери 3 электрода невелики, 4 шероховатость обрабатываемой поверхности заготовки хорошая, 5 обрабатываемая поверхность заготовки менее неровная.
Графитовый электрод для электроэрозионной обработки имеет следующие преимущества по сравнению с медным электродом: 1 он легче меди и прост в обращении. При той же форме только 1/5 от веса меди; 2 легко обрабатывается; 3 нелегко создавать напряжение и термическую деформацию во время резки; 4 Температура плавления выше 3000 ° C, коэффициент теплового расширения невелик, а графитовый электрод редко деформируется под действием тепла, выделяемого при электроэрозионной обработке. Тем не менее, графитовые электроды также имеют некоторые недостатки: например, 1 легко образуется при резке, 2 легко теряется.
Производители графитовых электродов для электроэрозионной обработки выпускают изделия от недорогих черновых изделий до различных марок для чистовой обработки. В последнее время на рынке появились графитовые электроды для обработки сверхтонких частиц, которые отличаются от традиционной концепции. Этот тип электрода направлен на снижение расхода графита. Идея разработки проста: расход электрода невелик → частицы графита, выпадающие из электрода во время электроэрозионной обработки, малы → высокая прочность сцепления между частицами → высокоэффективное рациональное использование асфальтового заполнителя → Отрегулируйте параметры производства, чтобы уменьшить количество брака и стоимость производства. Что касается возможности реализации графитового электрода для обработки сверхтонких частиц, то это зависит от уровня технологии производства производителя графитового электрода.
В нынешних условиях процесс резки несколько беспомощен при глубокой и детальной обработке металлической формы. Поскольку форма и прочность существующих инструментов сложно удовлетворить требованиям глубокой и детальной обработки. Поэтому был разработан графитовый электрод для точного разряда для чистовой обработки, чтобы в полной мере использовать преимущества графитового электрода, который обрабатывается изостатическим прессованием графита. Рисунок 1 сравнивает микроструктуру обычных графитовых материалов с изостатически спрессованными графитовыми материалами.
1.4 Графитовый кристаллизатор для непрерывного литья цветных металлов
Очень часто изготавливают листы, трубки, стержни и т. Д. Из цветных металлов путем непрерывной разливки и прокатки из-за упрощения процесса разливки, повышения степени квалификации изделия и гомогенизации структуры изделия. В настоящее время производство крупногабаритной чистой меди, бронзы, латуни и белой меди в основном осуществляется путем непрерывного литья. Среди них кристаллизаторы, которые оказывают решающее влияние на качество продукции, изготовлены из изостатически спрессованных графитовых материалов. Поскольку изостатически спрессованные графитовые материалы имеют хорошие свойства с точки зрения теплопроводности, термостабильности, самосмазывания, против смачивания и химической инертности, они становятся незаменимым материалом для кристаллизаторов.
1.5 Другое использование
Изостатический графит также используется в производстве алмазных инструментов и форм для спекания из цементированного карбида, компонентов теплового поля (нагреватели, изоляционные трубы и т. Д.) В волочильных машинах, компонентов теплового поля (нагреватели, несущие рамы и т. Д.) Вакуумных печей термообработки. И прецизионные графитовые теплообменники, детали механического уплотнения, поршневые кольца, подшипники, сопла ракеты и т. Д.
2 Обзор рынка изостатического графита
2.1 Спрос на изостатический графит на внутреннем рынке
В настоящее время Китай может производить только изостатический графит низкого качества, а высококачественный изостатический графит полностью зависит от импорта. Среди них 80% из Японии и 20% из Европы и Америки. Цена на изостатически прессованные графитовые заготовки, импортируемые из-за рубежа, колеблется от 15 до 1 млн. Юаней / т, а большая часть варьируется от 15 до 250 000 юаней / т. В таблице 2 приведен рыночный спрос на отечественный изостатический графит с 2006 года.
3.2 Поставка изостатического графита на внутренний рынок
Как многие отечественные углеродные компании видят ситуацию, когда изостатический графит зависит от импорта. В последние годы наблюдался бум в разработке и производстве изостатического графита. Поставки отечественного изостатического графита будут продолжать увеличиваться, но в последние годы по-прежнему преобладает импорт. В настоящее время внутренний рынок сконцентрирован на низкозатратных изостатических графитовых изделиях, и существует сложная ситуация, которая очень похожа на большое количество проектов по производству поликремния в Китае, и очень вероятно, что она вызовет острую конкуренцию за избыточные производственные мощности, поэтому мы должны сосредоточиться на высокотехнологичном изостатическом прессовании. Над продуктами они соответствуют передовому уровню зарубежных стран. В таблице 3 приведены рыночные предложения отечественного изостатического графита с 2006 года.
3 Заключение
В современном промышленном производстве графит стал незаменимым ключевым материалом, особенно в солнечной, светодиодной, полупроводниковой и атомной промышленности, спрос на графит быстро растет, а требования к качеству растут. , Уровень качества и масштаб производства изостатического графита стали эталоном для измерения общего промышленного уровня страны. Крайне важно разработать высококачественные изделия изостатического графита с независимыми правами интеллектуальной собственности в Китае.
