等靜壓石墨：有多少愛可以重來，有多少人愿意等待

2012年初，一位年近耄耋的老人在《炭素技術(shù)》上公開發(fā)表了一篇題為《等靜壓石墨評論》的文章，在這篇文章中，他總結(jié)了等靜壓石墨的發(fā)展歷程、性能特點以及國內(nèi)外等靜壓石墨產(chǎn)品的差距，并指出了國內(nèi)等靜壓石墨的發(fā)展方向。在此文的末尾，老人寫道：

“等靜壓石墨向高水平發(fā)展，不可否認尚存一定的難度，但不是不可逾越的。振興國產(chǎn)等靜壓石墨的重任在肩，相信不久的將來，國產(chǎn)等靜壓石墨不僅能占據(jù)國內(nèi)市場，在國際市場上，也將占領一席之地。”

當年77歲的這位老人，名叫孫戈，曾獲國務院授予的國家有突出貢獻專家稱號，并享受國務院特殊津貼，彼時他還在四川雅安恒圣高純石墨科技有限責任公司，從事炭石墨材料的工藝技術(shù)研究工作。

14年過去了，我們不知道這位老專家是否依舊那般懷揣著對中國等靜壓石墨行業(yè)的“熱愛”與“希冀”。但是有一點，我們基本了解，那就是他所相信的不久的將來，“國產(chǎn)等靜壓石墨在國際市場上將占領一席之地”，可能至今也沒有來到。

等靜壓石墨到底有多難？

曾任上海東洋炭素有限公司高級顧問的程鴻申先生，2010年時講了這樣一個故事：國際知名的日本東洋炭素有限公司在試制等靜壓石墨的初期，開裂品堆積成山，企業(yè)的資金全部投入進去還是不見成效，企業(yè)瀕臨破產(chǎn)，最后通過細致踏實工作，從成品率每提高1%的里面尋找原因，一次又一次失敗，終于一步一步走向成功之路。

他還提到，國內(nèi)的成都炭素有限責任公司早在上個世紀七、八十年代就開始搞等靜壓石墨了，但是直到2010年前幾年，經(jīng)過許多工作和許多人的努力，才取得了一定的成果。我在一份名為《超大尺寸(Φ1100-1360×1100mm)等靜壓石墨關鍵技術(shù)研發(fā)及應用》的科技成果登記表中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。

這個由成都方大炭炭復合材料股份有限公司（原成都炭素有限責任公司）完成的項目，始于2017年，歷時整整六年到2023年才順利產(chǎn)出，并被鑒定為“填補了國內(nèi)空白，打破了我國超大尺寸等靜壓石墨嚴重依賴進口的局面”。

這么難為什么還要做等靜壓石墨？

據(jù)原成都炭素有限公司總經(jīng)理蘇啟暉的介紹，等靜壓石墨是指采用等靜壓成型方式生產(chǎn)的石墨材料。等靜壓石墨由于成型過程中通過液體壓強均勻不變施壓，制得的石墨材料性質(zhì)優(yōu)異，具有：成型規(guī)格大、坯料組織結(jié)構(gòu)均勻、密度高，強度高；各向同性（特性與尺寸、形狀、取樣方向無關）等優(yōu)點，因此等靜壓石墨也被稱為“各向同性”石墨。

由于等靜壓石墨材料具備高強、高密、各向同性好，制成的石墨部件在使用過程中受熱、加熱都較均勻，同時由于材料的密度均勻能夠有效地減小材料受急冷急熱而產(chǎn)生的內(nèi)應力（抗熱震性能好），故可大大延長設備或器具的使用壽命周期，所以在半導體、太陽能光伏行業(yè)中，大量使用等靜壓石墨，制作單晶直拉爐熱場石墨部件（坩堝、加熱器、導流筒、保溫罩等）；多晶硅熔鑄爐用加熱器；化合物半導體如第三代半導體碳化硅制造用加熱器、坩堝等部件。

不只半導體、光伏等應用領域，等靜壓石墨在機械、冶金、生物工程、化學、電氣、航空宇宙及原子能工業(yè)等領域都有著廣泛的應用，而且，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，應用領域還在不斷地擴大，甚至被譽為21世紀最有價值的新材料之一。

也正是因為等靜壓石墨極為重要，所以二十年前中國從美國進口一批等靜壓石墨還需要獲得美國總統(tǒng)批準后才能進來。當每進口一批等靜壓石墨都要經(jīng)過登記備案時，它的戰(zhàn)略重要性可想而知。

做等靜壓石墨到底難在哪里？

據(jù)程鴻申先生的描述，當?shù)褥o壓石墨制品尺寸逐漸增大、顆粒度逐漸縮小時，會遇到想象不到的種種困難：有的成型品從等靜壓機里出來就已開裂，有的焙燒品幾乎百分之百開裂，有的灰分始終降不下來，原材料問題、制粉問題、配比問題、混捏問題、工藝問題、設備問題、環(huán)保問題、質(zhì)量問題、成品率問題、成本問題等等，不是這個問題，就是那個問題。

很顯然，等靜壓石墨的生產(chǎn)工藝與石墨電極不同。等靜壓石墨需要結(jié)構(gòu)上各向同性的原料，需要將原料磨制成更細的粉體，需要應用冷等靜壓成型技術(shù)，焙燒周期非常長，為了達到目標密度，需要多次的浸漬—焙燒循環(huán)，石墨化的周期也要比普通石墨長得多。上面提到的《超大尺寸(Φ1100-1360×1100mm)等靜壓石墨關鍵技術(shù)研發(fā)及應用》項目中指出，大規(guī)格等靜壓石墨的關鍵核心技術(shù)為：等靜壓石墨配方研究、壓型工藝控制、焙燒工藝控制。

等靜壓石墨生產(chǎn)工藝流程簡圖

我們單從原料和制粉的角度來看一看等靜壓石墨生產(chǎn)的難度。

生產(chǎn)等靜壓石墨的原料包括骨料和粘結(jié)劑。骨料通常是用石油焦和瀝青焦。為了根據(jù)不同的用途進行產(chǎn)品性能的調(diào)整，也有用炭黑、人造石墨做添加劑的情況。制備炭石墨材料所用的粘結(jié)劑有：煤瀝青、煤焦油以及各種樹脂。由于煤瀝青能和粉料充分混捏形成可塑性的糊料并且炭化能與粉料顆粒很好地粘結(jié)，所以是制備等靜壓石墨常用的粘結(jié)劑。

等靜壓石墨的性能受原料的影響極大，對原料的精選是能否生產(chǎn)出所需要的最終產(chǎn)品的關鍵環(huán)節(jié)。但是國外具體的生產(chǎn)原料和配方對我國一直是保密的。

等靜壓石墨作為結(jié)構(gòu)材料，要求有較高的物化性能。構(gòu)成石墨材料的基礎炭顆粒粒度越細，則其質(zhì)地越致密，機械強度亦越高。但是炭質(zhì)骨料的顆粒越細，表面積越大，粘結(jié)劑要均勻地包覆在每個顆粒表面，在配方中使用的粘結(jié)劑量就越多。這增加了燒結(jié)的廢品率，石墨化度也很難提高。

據(jù)悉，國際知名炭素公司美國步高為提高各向同性石墨的質(zhì)量，主要從采用微細顆粒原料著手，如美國電火花用EDM-AF型各向同性石墨的粒徑達世界上罕見的甚至可能是唯一的1μm，而德國的R8710型各向同性石墨為3μm，日本東洋等靜壓石墨TTK-5平均粒度為4μm，這種超細顆粒石墨的制造工藝難度極大，較為罕見。這類產(chǎn)品具有致密的結(jié)構(gòu)、極高的強度，用于電火花加工能使加工表面粗糙度、加工速度、損耗達到理想的境界（編者注：以上數(shù)據(jù)是15年前的報道）。

等靜壓石墨的難度是不可逾越的嗎？

“難道我們真的要長期依賴于進口等靜壓石墨產(chǎn)品度日嗎？難道我們就不能發(fā)展自己的等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)？從長遠發(fā)展考慮，我們要發(fā)展自己的等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)，不依賴于進口，這才是我國民族工業(yè)發(fā)展之路。”

這是程鴻申先生15年前發(fā)出的呼吁。而且，為發(fā)展中國等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)，他當時還特別提出來自己的十點建議。如果政府、行業(yè)、企業(yè)都能一齊重視這十點建議，想必經(jīng)過15年齊心協(xié)力的奮斗，今日我們“國產(chǎn)等靜壓石墨在國際市場上定能占領一席之地”。

（1）開展一次全國性的等靜壓石墨生產(chǎn)企業(yè)基本情況調(diào)研活動

（2）政府或行業(yè)協(xié)會牽頭，全面規(guī)劃，合理布局，穩(wěn)步發(fā)展

（3）強化產(chǎn)、學、研相結(jié)合，增加科研力量，防止資金與技術(shù)相脫節(jié)

（4）加強基礎理論和基本工藝研究

（5）適當引進國外關鍵設備

（6）適時引進國外相關技術(shù)人才

（7）打破行業(yè)技術(shù)壟斷，舉辦專項技術(shù)交流會，促進技術(shù)轉(zhuǎn)讓及技術(shù)互補

（8）組建中國等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)優(yōu)勢互補

（9）密切與應用行業(yè)協(xié)會的聯(lián)系，全力爭取國內(nèi)用戶

（10）加強相關信息工作的力度，有效利用國內(nèi)外相關情報資料

以上十點，我認為貫穿其中的就是應該要有“聯(lián)接”和“交流”，包括政府相關部門、行業(yè)協(xié)會、產(chǎn)學研三方、產(chǎn)業(yè)鏈上中下游、同行企業(yè)之間。這些點之間的“聯(lián)接”和“交流”一旦中斷，那么有些難度真得會變成不可逾越的（這種“不可逾越”的難度，同樣也存在于中國粉體工業(yè)和中國先進陶瓷產(chǎn)業(yè)當中）。

以第十點建議為例，當我查閱文獻資料之后發(fā)現(xiàn)，等靜壓石墨領域最系統(tǒng)的行業(yè)分析，還停滯在15年前的那個時期。沒有情報，怎么打仗？又如何能搶占國際市場？

還有多少個五年可以重來？

不可否認，國內(nèi)零星有企業(yè)在等靜壓石墨技術(shù)上實現(xiàn)了重大突破，就像上面提到的國內(nèi)龍頭企業(yè)在超大規(guī)格等靜壓石墨上前兩年填補了國內(nèi)空白，也有企業(yè)在半導體級、核能等靜壓石墨上實現(xiàn)了自主生產(chǎn)。但是兩三家企業(yè)的局部突破，并不能代表我們整個等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)在國際市場上站穩(wěn)了腳跟，也不代表國產(chǎn)等靜壓石墨制品完全主導了國內(nèi)市場。

其中有沒有哪些低水平的重復投資？有沒有科研與生產(chǎn)嚴重脫節(jié)的情況？等靜壓石墨生產(chǎn)企業(yè)之間缺乏技術(shù)交流，會不會導致整個行業(yè)發(fā)展緩慢？沒有持續(xù)系統(tǒng)的國內(nèi)外信息情報搜集整理工作，企業(yè)決策的依據(jù)能做到科學合理嗎？

原成都炭素有限公司總經(jīng)理蘇啟暉先生15年前說過，大尺寸、高純度、高密度、高強度、等靜壓石墨材料是電子和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，“十二五”期間（編者注：即2011—2015年）將是國內(nèi)等靜壓石墨制造企業(yè)發(fā)展的最好機會。

15年過去了，回顧那時候，除了有資金、有專業(yè)人才、和最好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇之外，和眼前相比，我想他們最具特色的是對行業(yè)所持有的“熱愛”與“希望”，而這一切的底氣在于他們的“信心”。

如果大家都對行業(yè)充滿“信心”，那又有什么困難是不可逾越的呢？

參考資料：
[1]孫戈：等靜壓石墨評論，炭素技術(shù)2012
[2]蘇啟暉：國內(nèi)等靜壓石墨研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，半導體、光伏產(chǎn)業(yè)用石墨、石英制品技術(shù)及市場研討會2010
[3]程鴻申，目前中國發(fā)展等靜壓石墨產(chǎn)業(yè)的若干問題，第22屆炭-石墨材料學術(shù)會議論文集2010
[4]黃四信等：等靜壓石墨的生產(chǎn)工藝、主要用途和國內(nèi)市場分析，炭素技術(shù)2010
[5]施輝獻：等靜壓石墨的成型工藝研究，昆明理工大學2013
[6]謝文蛟：原料及制備工藝對等靜壓石墨材料結(jié)構(gòu)與性能的影響，湖南大學2013