【石墨产业】我国石墨制品与国外的差距主要在哪里？

我国进口石墨产品主要为等静压石墨、柔性石墨及石墨电极等。

1、我国等静压石墨与国外的差距

等静压石墨是石墨材料中的精品，与高新技术、国防尖端技术密切相关，是21世纪最有价值的新材料之一。
　　

我国虽有自己的等静压石墨生产企业，但是大部分等静压石墨产品性能较低、品种单一、大规格高性能等静压石墨尚不能量产。
　　

国外等静压石墨材料的发展已经有很长的历史，其中日本、美国、德国、法国所生产的等静压石墨已拥有近百种型号并自成系列，为其他高精尖领域发展提供了大量的新类型石墨产品。
　　

相对比而言，我国等静压石墨材料的发展受制于以下几个方面。
　　

（1）原料和配方的差距
　　

我国生产等静压石墨的原料基本上与其他石墨产品所用原料相同，即石油焦和沥青焦。国外具体的生产原料和配方，对我国一直是保密的。
　

德国西格里公司于2007年在收购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”。就目前的态势来说，德国西格里在中国的生产基地还仅仅是利用焙烧与石墨化这两道工序来进行生产。
　　

法国罗兰公司在重庆投资建设了2500吨/年的等静压石墨材料的生产基地。该生产基地并不是完整的生产线，其关键的工艺磨料、配方、混捏、造粒等关键工艺均没有在重庆设厂。
　　

这些外商投资的跨国公司把等静压石墨材料生产核心的材料配方工艺仍放在国内。这对我国发展等静压技术是一个制约和考验。
　　

（2）生产工艺的差距
　　

我国等静压石墨材料的生产工艺较国外步骤更多，且自动化程度成品率较低，因而生产成本较高。



表1 我国在工艺装备、流程、自动化程度及生成成本等方面与国外的差距


若要赶上发达国家，必须从硬件设备到工艺流程入手，并进一步深入研究国外的相关工艺，才能有所提高。
　　

（3）产品规格的差距
　　

正因为原料和工艺方面的差异造成我们产品性能方面的落后。



表2 我国在等静压石墨产品性能上与国外的差异


目前，大规格、特大规格等静压各向同性石墨是我国石墨制品的一项缺口。日本可以生产直径2500mm的各向同性石墨，西格里产品的直径也可以达到1250mm，重庆罗兰特种石墨有限公司可以生产最大直径1500mm，最长2m的等静压石墨，而国内大规格各向同性石墨较少，但我国直径500mm以下的等静压石墨产品已经产能过剩，但直径600mm以上的产品尚不能生产。
　　

另外，该类生产设备也难以配套，产品质量很难稳定。这就是目前我国企业与发达国家企业的差距。
　　

从原料、配方、生产工艺和设备四方面来看，我国的等静压成型技术还有很长的路要走。
　　

目前，我国每年要从国外进口静压石墨坯料约占我国消费量的3/4，且消耗量逐年递增。我国无疑是世界上一块潜力巨大的等静压石墨市场。等静压石墨产品开发在我国只有10年的历史，尚处于起步阶段。
　　

（4）生产厂商的差距
　　

国内厂商生产的等静压石墨产量低、质量、性能以及产品尺寸、规格不能完全满足市场需求，多为一些低端小尺寸产品，和国外主要厂家的产品存在比较大的差距。具体表现在尺寸较小、强度、密度不够，同时最重要的差别是在于材料结构和性能的不均匀性。
　

这些差距主要是由于原材料选择以及生产技术工艺还没有达到先进水平，几乎所有高端特种石墨都是依赖进口，主要是从美国、日本、德国、法国这4个等静压石墨的生产基地进口。所以，在等静压石墨的研究领域我国需要投入更多的工作。

2、我国柔性石墨与国外的差距



（1）什么是柔性石墨
　　

柔性石墨一般是鳞片石墨的一种深加工产品，它是利用鳞片石墨能形成层间化合物的特性，将鳞片石墨经特定的化学处理，使之形成某种层间化合物，再经高温热处理，使层间化合物分解，同时，石墨延C轴方向迅速膨胀，形成一种具有优良柔性的物质，即膨胀石墨（或柔性石墨），将膨胀石墨添加或不加戮结剂压制成的各种形体即为柔性石墨材料。
　　

（2）密封之王-柔性石墨
　　

柔性石墨具有优良的性能，它在保留了鳞片石墨耐高温、耐腐蚀、自润滑等性能的同时，还具有柔软性、回弹性、可塑性、不渗透性、自戮性、低密度和各向异性等特性。因此它能在苛刻的条件下工作。比如在密封方面，它与橡胶、石棉等相比，具有无可比拟的优越性，堪称当代的“密封之王”，有人还称它是一种“革命性的材料”。
　　

（3）研究应用时间上的差距
　　

从20世纪60年代美国联合碳化物公司首先研制成功膨胀石墨密封材料开始，短短30年的时间，柔性石墨己进入许多领域甚至一些高技术领域。特别像美国、日本、英国、德国等工业发达国家对柔性石墨的研究非常广泛，己涉及到层间化合物的制备方法等许多深层次的问题，目前该领域蓬勃发展。



中国对柔性石墨的研究应用起步较晚，过去关键设备上的高级柔性石墨材料一般都从国外进口。
　　

20世纪80年代初期，中国的柔性石墨只应用于密封材料，而且还只是在石油、化工等少数行业中用作静密封，应用范围很窄。
　　

80年代中期之后，随着科学研究的深入和产品质量的改善，柔性石墨的应用才有了突破。



首先，是在密封方面有了提高，能够在压力交变和温度交变较大的情况下正常工作，即可用作动密封，此时，它不仅防泄漏，而且还以自身的润滑性保护轴和阀杆等免遭磨损，起到延长设备使用寿命的功效。由于柔性石墨对各种液体、气体均不渗透，能够达到完全密封，因而它在汽车、造船等行业特别受欢迎。
　　

其次，柔性石墨还被制成各种保护膜，广泛运用于钢锭浇铸技术。
　　

第三，有些厂家在冶炼稀有金属时使用柔性石墨作保护材料，也取得了初步成功。



此外，柔性石墨还被用作原子核装置的抗辐射内衬材料，高温炉中杂质扩散挡栅材料和热屏蔽材料，高温石墨组件的电气触点或加热元件，钳锅内衬以及改进型整流电刷和可变阻器的电刷等。
　　

（4）柔性石墨性能上的差距
　　

虽然我国柔性石墨研究开发进展较快，但是和日本、德国、美国相比还是存在较大差距。主要是生产水平较低，产品质量与发达国家差距较大。



产品性能：比如柔性石墨制品的抗拉强度比国外同类产品低近20%，而摩擦系数则要比国外产品高20%。
　　

品种规格：我国柔性石墨产品品种单一，而西方一些发达国家和日本根据不同的使用条件，研制了抗氧化型、防腐型等1600多种柔性石墨制品，几乎达到了应有尽有的程度；
　　

柔性石墨制品复合材料方面：日本己研制成功了6种，而我们只有3种，其中还有一种尚处于试用阶段。
　　

3、我国石墨电极与国外的差距
　　

在石墨电极规格上，我国研制的最大规格是Φ700mm。而早在10年前，世界上已经开始使用Φ800mm的石墨电极。
　　

近年来，随着中国冶金产业结构的优化升级，落后生产装备的小电炉日渐被淘汰，高功率和超高功率电炉迅速发展，从而使普通功率中小规格石墨电极市场供需大大萎缩，产品严重过剩，但超高功率大规格石墨电极需求量逐年递增。



因此，中国石墨电极供需处于超高功率电极供不应求，高功率电极供需基本趋于平衡，普通功率电极则供过于求的阶段。



在品种结构方面，我国与发达国家的差距也非常大。目前，美国UCAR，日本东海、昭和电工等生产的都是超高功率电极，80%左右是500mm以上大规格的超高功率电极，而中国超高功率电极产量仅占石墨电极总产量的27%左右。因为超高功率和高功率电炉炼钢要比普通功率电炉炼钢节电10%-20%，冶炼时间缩短20%，单位成本总计节约10%以上，所以推进我国炼钢电炉用超高功率发展是大势所趋。

4、展望
　　

现阶段，我国石墨仍以传统工业领域为主，即钢铁冶炼、铸造、机械润滑和汽车制造占比重较大。
　　

在新兴产业石墨制品领域，我国应重点关注锂电池、燃料电池、计算机芯片、显示器及手机触摸屏、刹车片、工业钻石、汽油添加剂等。
　　

为了保护我国石墨矿产资源，一方面要加大立法，提高准入门槛，另一方面在加强地质勘探的同时，大力改善石墨矿精加工工艺，探索新的、高附加值石墨制品的研发工作。
　　

在未来石墨的研究中，虽然多数材料中石墨只是作为辅助材料或配件，但石墨的π或σ键的化学性质都得以体现，其结构与物化性质容易实现调节。相信随着世界性的科技变革，石墨在高精尖领域将得到越来越广泛的应用。