特種石墨在化工、航天、冶金、機(jī)械、核能等眾多工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間，被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的材料之一。

01 國內(nèi)外特種石墨產(chǎn)業(yè)差距一目了然

國外特種石墨發(fā)展較早，技術(shù)水平較先進(jìn)，能夠生產(chǎn)各種大尺寸、高純度、細(xì)結(jié)構(gòu)、各向同性的高端特種石墨。主要生產(chǎn)企業(yè)有美國有卡、德國西格里、日本東洋炭素等公司，這些公司以其強(qiáng)大的實(shí)力已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化，產(chǎn)品性能從單一方面突出到整體卓越，覆蓋范圍很廣。

國內(nèi)特種石墨材料起步較晚，特種石墨材料及制品系列化水平不高，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娀鸹庸?、連續(xù)鑄造等民用領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)一些企業(yè)和機(jī)構(gòu)開始嘗試以國產(chǎn)針焦為原料生產(chǎn)高端特種石墨，已在多方面確定取得一定的進(jìn)展，但在性能上與國外仍存在較大差距。

至于差距是什么造成的，不能一言蔽之，但粉體網(wǎng)編輯認(rèn)為，石墨本身的多孔結(jié)構(gòu)缺陷，和石墨浸漬之后對產(chǎn)品性能巨大提升，很大程度上凸顯了浸漬技術(shù)和專用浸漬瀝青的重要性，而這應(yīng)該是造成差距的重要因素之一。特種石墨是典型的脆性材料，其力學(xué)性能取決于致密度與晶粒尺寸；熱學(xué)性能取決于石墨化程度。浸漬技術(shù)首要提高的就是致密度，此外還提高改善機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能，這些都是特種石墨的關(guān)鍵指標(biāo)，更是未來主流大尺寸特種石墨制品制備成功的關(guān)鍵條件，是終端高端應(yīng)用的根基所在。

西格里SIGRAFINE?等靜壓石墨產(chǎn)品型號(hào)及質(zhì)量指標(biāo)

西格里特種石墨典型純化指標(biāo)

例如目前西格里等國外等靜壓石墨先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)完成“專利墻”的筑造，其中包含石墨浸漬技術(shù)，卻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。有人說，當(dāng)?shù)聡鞲窭镉?5%全球?qū)＠?，日本東洋碳素以涂層技術(shù)卡喉——中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的生死突圍，正聚焦于高純石墨這一“黑色命門”。而這僅僅特種石墨的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，我們就如此受制于人。

當(dāng)然我國以五星新材、方大炭素、賽邁科、中鋼科技、哈爾濱電碳廠、東方碳素、巴中意科碳素、寧新新材等企業(yè)為代表的特種石墨產(chǎn)業(yè)也在半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域迎來了技術(shù)、產(chǎn)品、認(rèn)證資格等一系列的突破，尤其是部分產(chǎn)品性能上基本接近國外中高端產(chǎn)品。但是，我們的突破僅僅是某些“點(diǎn)”的突破，要以點(diǎn)破面還有一段路要走。從一方面來看，例如專用原材料制備技術(shù)，核心技術(shù)穩(wěn)定性就是很大的挑戰(zhàn)。從整體來看，從原材料到制品，再到下游應(yīng)用終端，我國特種石墨產(chǎn)業(yè)鏈要實(shí)現(xiàn)的是廣泛的高端化、高質(zhì)量發(fā)展，這就要求技術(shù)積累要有厚度、有廣度，整體達(dá)到一定的成熟度，量變與質(zhì)變?nèi)币徊豢伞?/p>

02 石墨浸漬堪稱打破特種石墨性能上限的核心工藝之一

石墨和焦炭等可以經(jīng)過壓制、燒結(jié)、石墨化等工藝制備成石墨制品，但是其氣孔率較大。浸漬就是在一定溫度和壓力下使液態(tài)浸漬劑（如瀝青、樹脂、低熔點(diǎn)金屬等）浸入炭材料氣孔中的工藝過程。其目的是提高炭材料的密度，使多孔炭質(zhì)材料致密化，降低氣孔率和滲透率，增加炭材料的機(jī)械強(qiáng)度及改善導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。同時(shí)，浸漬還對炭材料內(nèi)部的裂紋和氣孔等缺陷具有“修補(bǔ)”作用，可提高炭材料的強(qiáng)度。

特種石墨原料產(chǎn)品生產(chǎn)線

瀝青浸漬過程示意圖

石墨材料使用不同的浸漬工藝，其所得到的物理性能是不同的。浸漬石墨材料可以分為浸漬樹脂石墨和浸漬金屬石墨。浸樹脂石墨可獲得較高的密度，但其使用溫度低，高溫摩擦磨損性能較差，適合作腐蝕環(huán)境中的密封件。浸金屬石墨繼承了石墨材料的耐高溫，耐磨損等特性，同時(shí)提高了機(jī)械強(qiáng)度，拓展了浸漬石墨在高溫動(dòng)密封領(lǐng)域中的應(yīng)用。

03 特種石墨浸漬瀝青的作用和研發(fā)方向

浸漬瀝青是指用于浸漬炭素制品，起到減少制品孔隙率和提高體積密度目的的瀝青。瀝青浸入被浸漬樣品的氣孔中主要靠黏滯流動(dòng)，黏度較低的浸漬劑瀝青其表面張力較低、流動(dòng)性好、浸潤能力強(qiáng)、可以較容易地滲透到材料坯體的孔隙中以提高浸漬增重率和浸漬均勻性。

同時(shí)，要求浸入孔內(nèi)的瀝青應(yīng)具有盡可能高的炭化收率，使浸漬—炭化（或二次焙燒）的循環(huán)次數(shù)盡可能減少。綜上所述，作為浸漬劑瀝青，應(yīng)具有較低的黏度和較高的炭化收率。

04 特種石墨瀝青浸漬技術(shù)發(fā)展路徑和技術(shù)瓶頸

特種石墨材料生產(chǎn)中的浸漬是保障制備高密度材料的重要工序，但浸漬劑中喹啉不溶物容易堆積在炭基體材料氣孔的入口處形成不透性濾餅，阻礙瀝青滲透，使浸漬效果變差，直接影響最終材料的各項(xiàng)性能，不同喹啉不溶物含量的浸漬劑瀝青在生產(chǎn)中的浸漬效果不同。

國內(nèi)企業(yè)多采用多次浸漬和焙燒工藝，流程長、耗能耗時(shí)，國外公司多采用預(yù)處理技術(shù)、改性技術(shù)等自主研發(fā)的專用浸漬劑瀝青，喹啉不溶物含量低于1%，最多浸漬一次。另外，國內(nèi)部分企業(yè)在開發(fā)不經(jīng)過浸漬直接焙燒的一焙品直接石墨化技術(shù)，這是特種石墨生產(chǎn)工藝的一個(gè)巨大進(jìn)步。

05 我國特種石墨專用浸漬瀝青專利技術(shù)

一種炭材料專用高性能瀝青的制備方法

2021年8月，鞍鋼化學(xué)科技有限公司一種炭材料專用高性能瀝青的制備方法獲專利授權(quán)。該技術(shù)對原料煤瀝青進(jìn)行初步熱縮聚形成微晶單元，再采用兩種溶劑分別進(jìn)行組分切割，而后經(jīng)過瀝青化、熱分離、壓濾、蒸餾、氫化等處理，可同時(shí)得到兩種熱處理下在較寬溫度范圍內(nèi)保持可塑性流動(dòng)性良好、熱反應(yīng)性穩(wěn)定、均一的新型炭材料專用高性能瀝青。其中一種可用作浸漬劑瀝青、粘結(jié)劑瀝青、特種瀝青、通用級(jí)炭纖維用可紡瀝青、鋰離子電池負(fù)極材料、超高功率石墨電極、球形活性炭等的原料；另一種可用作煤系中間相瀝青、高性能炭纖維可紡瀝青、高導(dǎo)熱泡沫炭等的原料。

一種高性能多孔石墨材料專用改性瀝青及其制備方法

2024年10月，山東紅點(diǎn)新材料有限公司一種高性能多孔石墨材料專用改性瀝青及其制備方法獲專利授權(quán)。包括有以下步驟：沉降處理、一次催化改質(zhì)、二次催化改質(zhì)。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有各種來源的瀝青不適用于多孔石墨材料的問題，避免多孔石墨材料成型過程中易出現(xiàn)的開裂、強(qiáng)度較低、尺寸穩(wěn)定性差的問題，優(yōu)化常規(guī)多孔石墨的孔隙率控制不穩(wěn)定、焙燒合格率低等問題，進(jìn)一步改善等靜壓石墨材料強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性及成品合格率。所述原料瀝青的具體指標(biāo)為：軟化點(diǎn)溫度為70-100℃，灰分含量為0.25-0.3wt%，揮發(fā)分含量為58-61wt%，殘?zhí)己繛?4-54wt%，甲苯不溶物含量為15-25wt%，喹啉不溶物含量為8-14wt%，β組分含量為16-18wt%。

一種石墨電極用浸漬瀝青及其制備方法

2025年10月，中國石油化工股份有限公司和中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司公開了一種浸漬瀝青及其制備方法。包括如下步驟：將乙烯焦油和/或催化油漿加入到反應(yīng)容器中，在250～450℃、0.5～2.5MPa下經(jīng)氧化交聯(lián)反應(yīng)0.5～4h，空氣量為0～100L/h，然后脫除反應(yīng)產(chǎn)物的輕質(zhì)組分，脫除的輕質(zhì)組分占原料質(zhì)量的20～60%，得到所述浸漬瀝青；本發(fā)明提供的制備方法克服了目前浸漬瀝青生產(chǎn)過程中存在的長流程、高能耗以及產(chǎn)品低收率等問題，不僅大幅縮短反應(yīng)時(shí)間、降低能耗，還通過小分子交聯(lián)反應(yīng)提高了產(chǎn)品收率；制備得到的浸漬瀝青軟化點(diǎn)為75～100℃，喹啉不溶物<0.5%，甲苯不溶物>8%，結(jié)焦值>47%，灰分<0.1%。

結(jié)語

中國特種石墨浸漬技術(shù)以及專用浸漬瀝青的研發(fā)依舊任重道遠(yuǎn)，技術(shù)的厚度、光度、成熟度有待提高。

參考文獻(xiàn)：

申保金：特種石墨生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究，中鋼集團(tuán)南京新材料研究院有限公司

姜清軍：浸漬石墨材料磨損性能研究進(jìn)展，遼寧工業(yè)大學(xué)

趙俊通：特種石墨市場概況及技術(shù)進(jìn)展，河南五星新材科技股份有限公司

粉體網(wǎng)《中國高純石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》

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