Изостатический графит что это
Изостатический графит
Изостатический графит отличается кристаллической однородной мелкозернистой структурой углерода с 
повышенной плотностью. Благодаря этому такой материал лишен главного недостатка других типов графита – зависимости характеристик от направления воздействия на образец. В зависимости от геометрии заготовок графит изостатического типа выпускается цилиндрическим или прямоугольным. Состав такого графита – углерод высокой чистоты в кристаллической форме и небольшое, строго ограниченное количество минеральных примесей (зольность), например, для марки GS1800 зольность не превышает 0,1%, а для марки GS1900 – 0,05%. Графит изостатический поставляется нами в виде блоков, цилиндров.
Изостатически прессованные графиты относятся к инновационным, высокотехнологичным материалам и имеет особые технологические свойства:
Уникальным свойством изостатического графита является сжатие, а не расширение при нагреве до температур порядка 700K.
Высокие прочностные показатели, отличная химическая и температурная стойкость позволяют использовать этот материал в металлургии для элементов систем непрерывного литья, пробоотборников, желобов, воронок. Из него изготавливаются плавильные тигли, кокили для литья. Изостатический графит востребован в электротехнике для деталей электровакуумного оборудования, анодов, сеток выпрямителей ртутных, контейнеров в производстве полупроводников, электродов электроэрозионных станков. Хорошая обрабатываемость, прекрасные антифрикционные характеристики позволяют использовать такой графит для деталей узлов подшипников, направляющих, элементов уплотнительных устройств, компрессорных лопаток.
Для изготовления материала применяется изостатическое прессование в жидкости. Технологический процесс включает следующие этапы:
Показатели изостатического графита, относящегося к маркам ISEM-1, ISEM-2, а также SED-40, ISEM-3 должны соответствовать регламентным требованиям. Описанные выше изостатические марки графита далеко не все, и мы создали подразделы по отдельным типам.
В Челябинске запустили производство материалов для ракет и реакторов атомных станций
Особенный изостатический графит в России больше никто не выпускает.
Особенный изостатический графит в России производят только на челябинском предприятии
Фото: пресс-служба Челябинского электродного завода
Уникальное для России производство открылось сегодня, 8 декабря, на челябинской площадке компании «Донкарб Графит». Теперь здесь производят основу для материалов будущего, из которых делают полупроводники, ракеты, реакторы атомных электростанций и солнечные батареи.
Прежде изостатический графит особых марок производили исключительно за границей. В Челябинске запустили новую линию пекопропитки, предназначенную для производства этого уникального материала для наукоемких отраслей.
В отличие от обычного, изостатический графит более плотный и прочный. Он помогает значительно увеличить срок службы и повысить характеристики инновационной продукции в металлургии, машиностроении, химической и электронной промышленности. По сути, это основа для материалов будущего, без которых развивать высокие технологии сегодня невозможно.
В уникальное для России производство инвестировано 300 миллионов рублей
Фото: пресс-служба Челябинского электродного завода
Участок пекопропитки обошёлся группе «Энергопром» («Донкарб Графит» входит в её состав) в 300 миллионов рублей. Во всё производство изостатического графита за пять лет инвестировано около миллиарда рублей. Модернизирован смесильно-прессовый участок — запущены современная компаундирующая линия, мельничные комплексы, а также обжиговые отделения — печи с выкатным подом, поставляемые компанией Tenova Core.
— Теперь мы готовы заменить качественным отечественным продуктом аналоги из Японии, США, Германии и Китая, — рассказал управляющий директор «Донкарб Графит» Сергей Сотников. — И это не предел. Предприятие осваивает ряд перспективных направлений. Идёт научно-исследовательская работа по освоению новых видов продукции и расширению рынка сбыта в перспективных направлениях отечественной промышленности.
Здесь производят основу для материалов будущего, из которых делают полупроводники, ракеты, реакторы атомных электростанций и солнечные батареи
Фото: пресс-служба Челябинского электродного завода
В следующем году компания намерена нарастить мощности по производству изостатического графита до 400 тонн в год. Также в планах — выпустить первые 70 тонн изостатического графита новой марки ИГ-175 — ещё более высокой плотности и прочности. А при запуске второй очереди проекта будет установлен второй автоклав.
Кстати, всё новое оборудование обеспечивает максимальную защиту окружающей среды, что весьма актуально для Южного Урала.
Группа «Энергопром» (ЭПМ) — ведущая российская компания, специализирующаяся на выпуске углеграфитовой продукции. До половины продукции экспортирует в 50 стран мира. В группу ЭПМ входят три крупнейших электродных завода — Челябинский, Новосибирский и Новочеркасский, а также ООО «Донкарб Графит» с площадками в Новочеркасске и Челябинске.
Всего на челябинской площадке компании «Докарб Графит» трудится 600 человек
Фото: пресс-служба Челябинского электродного завода
Производством графита займутся в Челябинске
Через три года в России будет запущен завод по производству стратегического материала – изостатического графита. Спрос на него во всем мире растет в геометрической прогрессии, а производством занимаются всего четыре страны – Япония, США, Германия и Китай. Теперь материал, незаменимый при работе с высокими температурами, будут получать и в Челябинске.
Даже в специальной одежде простоять пять минут возле мартеновской печи сможет не каждый. Здесь буквально всё раскалено докрасна. Температура металла – полторы тысячи градусов. Он бурлит, словно кисель в кастрюле. И для многих до сих пор загадка, из чего же сделана эта посудина? Чаны, в которых выплавляют металл, здесь их называют тиглы, желоба, по которым он потом течет, сделаны из уникального материала. Он легче алюминия и крепче алмаза.
Хрупкий графит, из которого сделан грифель обычного карандаш, ученые научились превращать в сверхпрочный материал благодаря новым нанотехнологиям.
В лабораториях «НИИграфит» создаются материалы с уникальными свойствами. Многие разработки института носят гриф секретности.
«В нашем музее экспонаты можно трогать руками, они выдержат любые нагрузки. Например, образец высокопористого графита. Он очень легкий. Выглядит как камень, но на самом деле очень легкий. Если поднести пламя, а я буду держать палец, с пальцем ничего не будет. Абсолютно холодная поверхность», – провел эксперимент начальник отдела конструкционных графитовых материалов ОАО «НИИграфит» Борис Остронов.
А еще графит может быть упругим как пружина и звенеть как хрусталь, который не разбить. Из графитовых ниток шьют ткань, которую пропитывают специальными растворами. Из нее кроят обшивку самолета или делают корпуса гоночных болидов. На кадрах, сделанных во время посадки космического корабля «Буран», хорошо видно, что днище и носовая часть корабля черного цвета. Графитовая обшивка защищала его от больших температур, во время вхождения в плотные слои атмосферы.
Новый материал, он называется изостатический графит, еще прочней. Его делают из кокса и пеков – по сути, из отходов нефтяной и металлургической промышленности. Перед тем как попасть под пресс, сырье измельчают в мелкую пыль и пропитывают специальными химическими добавками. В цехах, где все покрыто этой пылью, технологи достигают такой чистоты материала, что даже под микроскопом молекулы чужеродных примесей не разглядеть.
Изделия из этого материала не встретить ни дома, ни на улице. Но без него не было бы тех вещей, к которым мы уже привыкли. Без прочного графита не сделать полупроводники, а значит и, например, ноутбук. Не построить ракеты и, даже страшно подумать, не включить дома вечером телевизор.
Без изографита не сможет работать реактор атомных электростанций, не смогут вырабатывать электричество и солнечные батареи. Для них нужен чистый поликристаллический кремний, который можно вырастить только на сверхчистой основе.
«Давайте инновации, давайте развитие. Давайте хоть один шаг сделаем от сырьевой экономики. А это уже удвоение ВВП, это уже будет другая страна», – говорит Виктор Авдеев, заведующий кафедрой химической технологии и новых материалов Института новых углеродных материалов и технологий МГУ им. М.В. Ломоносова.
До последнего времени изостатический графит в России не производили. Мировой рынок этого наукоемкого продукта, который уже сейчас составляет 1,5 миллиарда долларов, поделен между Японией, США, Германией и Китаем. Промышленная группа «Энергопром» решила запустить сверхматериал в серийное производство у нас. Его будут делать в Челябинске. Стоимость проекта 20 миллионов долларов.
Генеральный директор ЗАО «Энергопром Менеджмент» Алексей Надточий говорит: «Уже сегодня, чем глубже вопросом занимаемся, понимаем, что уже опаздываем. Спрос превышает предложение. И сегодня спрос все больше и больше и в России, и во всем мире».
В Челябинске планируют выпускать столько сверхпрочного графита, что хватит не только нашей стране. Половина продукции пойдет на экспорт. Начало его производство в России вернет нашу страну в клуб графитовых держав. Это даже не материал будущего, а основа для будущих материалов, говорят участники проекта, без которых развитие высоких технологий будет невозможно.
Свойства графита: плотность, марки, твердость, строение
Графит – материал, которым пользовались для создания рисунков и надписей еще 4000 лет назад. Его название происходит от древнегреческого слова «графос» – «писать».
Месторождения графита расположены там, где залежи каменного угля или битумов подверглись действию высоких температур (при выходе лавы на поверхность). Кристаллическая решетка минерала состоит из атомов углерода. Но связи между слоями слабые, поэтому при соприкосновении материала с любой поверхностью остается темно-серый след из микроскопических чешуек.
Добыча натурального минерала достаточно затратна: на некоторых месторождениях в породе содержится 6–10% графита. Современные технологии позволяют синтезировать материал, по многим параметрам превосходящий натуральный.
Свойства графита
Низкая твердость минерала объясняется слабыми связями между атомными слоями: ему присвоен всего 1 балл по шкале Мооса (твердость алмаза, другой аллотропной формы углерода, оценена в 10 баллов).
Полезные свойства графита, используемые в промышленности:
Из-за того, что связи между атомами в слое гораздо прочнее, чем между слоями, некоторые свойства графита (электропроводность, теплопроводность) носят анизотропный характер: в направлении, перпендикулярном атомным слоям, сопротивление в несколько раз выше, а теплопроводность ниже, чем в параллельном.
Производство искусственного графита
Искусственный графит отличается от натурального тем, что при синтезе можно получить материал с заранее заданными параметрами. Кроме того, его изготавливают из отходов производства: каменноугольного пека и нефтяного кокса.
Смесь мелких фракций формуют (пропорции зависят от марки графита), полученные заготовки обжигают при температуре 800–1200°C. Процесс обжига и последующего охлаждения занимает 3–5 недель. Чтобы увеличить плотность графита, заготовки дополнительно пропитывают пеком. Последний этап – графитация: термическая обработка заготовок в специальной печи при температуре 2400–3000°C. При графитации формируется кристаллическая решетка материала. Такой графит обладает максимальной электропроводностью и теплопроводностью.
Анизотропность свойств присуща искусственному графиту полученному методом экструзии. Более новая технология: изостатическое прессование, – позволяет изготовить материал с изотропными свойствами и низким коэффициентом трения. Если плотность графита, синтезированного по методу экструзии, составляет 2,0–2,23 г/см³, то аналогичный показатель для изостатического рекристаллизованного графита может, в зависимости от марки, варьироваться от 1,85 до 5 г/см³. Из такого материала производят крупногабаритные заготовки (длиной свыше 1000 мм, диаметром более 500 мм) для изготовления литейных форм и деталей, обладающих антифрикционными свойствами.
Марки графита
Существует возможность синтеза материала с разной величиной зерна:
Искусственный графит широко применяется во всех отраслях промышленности. К примеру, из крупнозернистого материала делают электроды. Мелкозернистый конструкционный графит марок АРВ, МГ используют при изготовлении фасонных изделий сложной формы. Применение искусственного графита позволяет достичь высочайшей точности при изготовлении различных деталей и производить технику, соответствующую стандартам XXI века.
А также в области графита.
Отечественные ученые совместно с промышленной группой Энергопром, одним из крупнейших в мире производителей углеграфитовой продукции, приступили к масштабному проекту создания нового типа графита. Прежде всего его производство обойдется дешевле зарубежных аналогов, что в конечном счете скажется на его стоимости для потребителей. К тому же благодаря использованию перспективных технологий этот материал будет отличаться высоким качеством, соответствующим международным стандартам.
Стоимость программы, рассчитанной до 2014 года, составит около 20 миллионов долларов. Основным идеологом проекта по созданию материала нового поколения, который уже успешно зарекомендовал себя на международных рынках, является Группа Энергопром, объединяющая предприятия по производству графитовых и углеродных изделий в России (Челябинский, Новосибирский и Новочеркасский электродные заводы, а также ООО «Донкарб Графит»); в проекте также участвуют заслуженные российские ученые, которые обладают теоретическими разработками в данной области.
Изостатический графит производится в США, Японии, Германии, Китае, Франции и Индии, производители из этих стран держат около 80% рынка продукции. Россия, традиционно занимая весомые позиции в мире по производству, также заинтересована в налаживании выпуска материалов нового поколения, к которым как раз относится изостатический графит. Тем более сами участники рынка говорят о том, что для промышленных отраслей экономики нужен графит нового поколения.
Сегодня большая часть российских потребителей вынуждена покупать изостатические виды графита за рубежом, неся высокие расходы на импорт. Но уже после 2014 года вполне вероятно, что эта ситуация несколько изменится: наша страна имеет высокие шансы закрепиться на этом рынке, обеспечить внутреннюю потребность и наладить экспорт этого вида продукции. Учитывая растущий внутренний и международный спрос на продукцию, а также относительно умеренные затраты на производство при использовании отечественных ресурсов и мощностей, такие прогнозы вполне жизнеспособны.
В целом, уже сейчас говоря об изостатическом графите, без этого материала сегодня сложно представить нормальную и успешную работу десятков отраслей экономики. К примеру, изостатический графит используется в производстве полупроводников, в авиации и ракетостроении, в машиностроении, цветной металлургии, атомной энергетике, в производстве элементов солнечных батарей и жидкокристаллических дисплеев, в ювелирном производстве, нанотехнологиях и т.д. Востребован графит и в новых, недавно появившихся технологических процессах. Речь идет о биомедицинской индустрии, производстве микрочипов, солнечных батарей, светодиодной технике. Эти отрасли развиваются во всем мире опережающими темпами, а значит, спрос на графит нового поколения будет только увеличиваться. Восполнить наметившийся дефицит и призван наномодифицированный изостатический графит.
Изостатический графит изготавливают из углеродного сырья, которое подвергают формованию на прессе изостатического прессования для обеспечения его равномерных свойств, затем он проходит несколько стадий высокотемпературной обработки, что придает ему уникальные свойства. У него высокая и более равномерная плотность, он обладает высокой тепло- и электропроводимостью, устойчивостью к температурным и химическим нагрузкам, обладает малым удельным весом, легко обрабатывается и мало подвержен износу в применяемых условиях.
Не исключено также, что работы по проекту будут ускорены, если к нему подключатся государственные институты, заинтересованные в модернизации отрасли и практическом внедрении перспективных отечественных разработок. Общий объем финансирования в него оценивается в двадцать миллионов долларов: эти деньги пойдут на технологические изменения при производстве графита и модернизацию оборудования. В масштабе финансовых потоков российских сырьевых компаний эта сумма выглядит незначительной. Тем не менее, необходимо учитывать, что в данном случае речь идет не о продаже сырья, а о производстве высокотехнологичного продукта с высокой добавленной стоимостью. Помимо завоевания рынка и организации новых рабочих мест проект позволит отечественной индустрии подняться на новую технологическую ступеньку, повысив качество и конкурентоспособность национальной продукции на межгосударственном уровне.