模具石墨
机械工业中的铸造行业大量使用石墨材料作为加压铸造、离心铸造、超硬合金的热挤压等加工的模具,大到火车车轮,小到精密零件都可以使用石墨模具。石墨模具可多次重复使用,脱模后的铸件具有较高的光洁度,有的无需进一步加工即可使用。用作铸造模具的石墨材料应该是质地致密、热膨胀系数较低、抗氧化性能较好的石墨,用于铸 造尺寸较大的铸件的石墨可以用较粗的粒度组成,而用于铸造小型精密零件的石墨使用细颗粒结构的石墨。
在模具石墨中以金属连续铸造石墨的质量要求严,要求其热导率高,热稳定性和耐热冲击性好,润滑性好,不与熔融金属浸润,不与铸造金属反应,容易加工成尺寸的模具。
合成金刚石用石墨
工业上金刚石是重要的切割和研磨材料,但是天然开采的金刚石产量很少,且价格昂贵。石墨和金刚石同属于碳元素,只是结晶形态不同,在高温、高压下石墨可转化成金刚石结晶形态,早在1954年瑞典和美国相继成功合成人造金刚石成功,中国也在20世纪60年代合成了人造金刚石,并在20世纪70年代生产出合成人造金刚石的石墨材料,形成了一定的生产规模,中国生产的合成金刚石石墨分为3类,特点及用途见图表。
用于原子能工业和工业:石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中,铀一石墨反应堆是应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点,稳定,耐腐蚀的性能,石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高,杂质含量不应超过几十个PPM。特别是其中硼含量应少于0.5PPM。在工业中还用石墨制造固体燃料的石墨喷嘴,石墨鼻锥,宇宙航行设备的零件,隔热材料和防射线材料。
石墨炉原子吸收光谱法是一种运用有石墨涂层的的熔炉,使样本蒸发的光谱测定法。简而言之,这项技术是基于这样一个事实,即自由原子可以吸收一定频率的光和带有特殊利益元素的波长。在一定范围内,被吸收的光波可以直接与所要分析的的物体联系起来。许多元素的自由原子可以用高温从样本中提取。在石墨炉原子吸收光谱法中,样本储存在有石墨或热解碳涂层的小石墨立方体中,这个立方体将来可以通过加热来使样本蒸发和分解过程。我们可以根据已知的浓度来校正仪器,从而通过工作曲线来决定浓缩程度。和原子吸附相比,石墨炉主要有有以下优势:
对于许多元素来说,石墨炉探测范围可达十亿分之一;
采用改良型设备,阻碍降至小;
通过原子吸收大量基质,石墨炉可以探测绝大多数已知元素。
石墨电极的优点
注:电火花加工用石墨电极
1:模具几何形状的日益复杂化以及产品应用的多元化导致对火花机的放电度要求越来越高。石墨电极的优点是加工较容易,放电加工去除率高,石墨损耗小,因此,部分火花机客户放弃了铜电极而改用石墨电极。另外,有些特殊形状的电极无法用铜制造,但石墨则较容易成型,而且铜电极较重,不适合加工大电极,这些因素都造成部分火花机客户应用石墨电极。
2:石墨电极较容易加工,且加工速度明显快于铜电极。比如采用铣削工艺加工石墨,其加工速度较其它金属加工快2~3倍且不需要额外的人工处理,而铜电极则需要人手挫磨。同样,如果采用高速石墨加工中心制造电极,速度会更快,效率也更高,还不会产生粉尘问题。在这些加工过程中,选择硬度合适的工具和石墨可减少刀具的磨损耗和铜公的破损。如果具体比较石墨电极与铜电极石墨电极的铣削时间,石墨较铜电极快67%,在一般情况下的放电加工中,采用石墨电极的加工要比采用铜电极快58%。这样一来,加工时间大幅减少,同时也减少了制造成本。
3:石墨电极与传统铜电极的设计不同。许多模具公司通常在铜电极的粗加工和精加工有不同的预留量,而石墨电极则使用几乎相同的预留量,这减少了CAD/CAM和机器加工的次数,单是这个原因,就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。
当然,模具公司由铜电极转用石墨电极后,应该清楚的是该如何使用石墨材料以及考虑其他相关因素。如今部分火花机客户采用石墨以电极放电加工,这免除了模具型腔抛光和化学物品抛光的工序却仍然能达到预期的表面光洁度。如不增加时间和抛光的工序,铜电极不可能制作出这样的工件。另外,石墨分为不同的等级,在特定的应用程序下使用适当等级的石墨和电火花放电参数才能达到理想的加工效果,若在使用石墨电极的火花机上操作人员使用与铜电极相同的参数,那么结果肯定是令人失望的。如果要严格控制电极的物料,可将石墨电极在粗加工时设于非损耗状态(损耗少于1%),但铜电极则不使用。
石墨具有以下铜无法比拟的特性:
加工速度:高速铣粗加工较铜块3倍;高速铣精加工较铜块5倍
可加工性好,能实现复杂的几何造型
重量轻,密度不足铜的1/4,电极容易夹持
可减少单个电极的数量,因为可捆绑做成组合电极
热稳定性好,不变形无加工毛刺