摘要：石墨電極目前已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到了我們的生活當(dāng)中。那么石墨電極的是一種什么材料？石墨電極的原料是什么？本文主要介紹了石墨電極的定義、石墨電極的優(yōu)點(diǎn)分析和加工形式，其次還重點(diǎn)分析了石墨電極的應(yīng)用以及它的原料分析。

　　石墨電極是什么？

　　石墨電極是指以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑，經(jīng)過原料煅燒、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機(jī)械加工而制成的一種耐高溫石墨質(zhì)導(dǎo)電材料，稱為人造石墨電極（簡(jiǎn)稱石墨電極），以區(qū)別于采用天然石墨為原料制備的天然石墨電極。

　　石墨電極優(yōu)點(diǎn)

　　（1）模具幾何形狀的日益復(fù)雜化以及產(chǎn)品應(yīng)用的多元化導(dǎo)致對(duì)火花機(jī)的放電精確度要求越來越高。石墨電極的優(yōu)點(diǎn)是加工較容易，放電加工去除率高，石墨損耗小，因此，部分群基火花機(jī)客戶放棄了銅電極而改用石墨電極。另外，有些特殊形狀的電極無法用銅制造，但石墨則較容易成型，而且銅電極較重，不適合加工大電極，這些因素都造成部分群基火花機(jī)客戶應(yīng)用石墨電極。

　　（2）石墨電極較容易加工，且加工速度明顯快于銅電極。比如采用銑削工藝加工石墨，其加工速度較其他金屬加工快2～3倍且不需要額外的人工處理，而銅電極則需要人手挫磨。同樣，如果采用高速石墨加工中心制造電極，速度會(huì)更快，效率也更高，還不會(huì)產(chǎn)生粉塵問題。在這些加工過程中，選擇硬度合適的工具和石墨可減少刀具的磨損耗和銅電極的破損。如果具體比較石墨電極與銅電極的銑削時(shí)間，石墨電極較銅電極快67%，在一般情況下的放電加工中，采用石墨電極的加工要比采用銅電極快58%。這樣一來，加工時(shí)間大幅減少，同時(shí)也減少了制造成本。

　　（3）石墨電極與傳統(tǒng)銅電極的設(shè)計(jì)不同。許多模具廠通常在銅電極的粗加工和精加工方面有不同的預(yù)留量，而石墨電極則使用幾乎相同的預(yù)留量，這減少了CAD/CAM和機(jī)器加工的次數(shù)，單是這個(gè)原因，就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。

　　石墨電極的加工形式

　　石墨電極的加工主要有三種形式：加壓振動(dòng)法、數(shù)控自動(dòng)成形法和機(jī)械加工方法。

　　（1）加壓振動(dòng)法：加壓振動(dòng)法需要專門機(jī)床，電極母模與電極形狀相反。石墨材料和成形工具在加工時(shí)相對(duì)放置，留有一定的間隙。由水和磨料混合而成的加工液注入其問。在通過加工液的同時(shí)，使石墨和成形工具發(fā)生超聲波振動(dòng)。在磨料沖擊力的作用下，石墨被微量剝離而成所需要的形狀。磨料為SiC、B4C或金剛石，磨料越粗則加工速度越快。機(jī)床工作時(shí)采用密封式和水幕式進(jìn)行加工。適合于批量生產(chǎn)情況用的電火花成形加工。

　　（2）數(shù)控自動(dòng)成形法：數(shù)控自動(dòng)成形法需要專用的石墨電極成形機(jī)，它采用數(shù)控方式，有刀具自動(dòng)調(diào)換裝置，可容納多把刀具。為改善加工環(huán)境，加工石墨電極的四周用水幕包圍，防止石墨粉塵四處分散。另外也可以用濕式加工法，由水溶性切削液防止刀具被磨損和石墨粉塵飛散。機(jī)床具有高性能過濾裝置，可以將切削液和石墨切屑分離，可保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工，是石墨電極加工的理想專用設(shè)備，適合于模具用電極加工。但是其價(jià)格較高，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還不普遍。

　　（3）機(jī)械加工方法：機(jī)械加工方法為國(guó)內(nèi)一般模具生產(chǎn)單位采用的主要方法。

　　石墨材料可以采用車削、銑削、鉆削和磨削的方法進(jìn)行加工。另外，石墨材料在機(jī)械加工時(shí)易產(chǎn)生灰粉飛揚(yáng)，給加工設(shè)備和操作人員帶來不利的影響。

　　石墨電極應(yīng)用

　　（1）用于電弧煉鋼爐

　　電爐煉鋼是石墨電極的使用大戶。我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量約占粗鋼產(chǎn)量的18%左右，煉鋼用石墨電極占石墨電極總用量的70%～80%。電爐煉鋼是利用石墨電極向爐內(nèi)導(dǎo)入電流，利用電極端部和爐料之間引發(fā)電弧所產(chǎn)生的高溫?zé)嵩磥磉M(jìn)行冶煉。

　　（2）用于礦熱電爐

　　礦熱電爐主要用于生產(chǎn)工業(yè)硅和黃磷等，其特點(diǎn)是導(dǎo)電電極的下部埋在爐料中，在料層內(nèi)形成電弧，并利用爐料自身的電阻所發(fā)出的熱能來加熱爐料，其中要求電流密度較高的礦熱電爐需用石墨電極，例如每生產(chǎn)1t硅需消耗石墨電極約100kg，每生產(chǎn)1t黃磷需消耗石墨電極約40kg。

　　（3）用于電阻爐

　　生產(chǎn)石墨制品的石墨化爐、熔化玻璃的熔窯和生產(chǎn)碳化硅用的電爐等都屬于電阻爐，爐內(nèi)所裝物料既是發(fā)熱電阻又是被加熱對(duì)象，通常，導(dǎo)電用的石墨電極嵌入電阻爐端部的爐頭墻中，用于此處的石墨電極不連續(xù)消耗。

　　（4）用于制備異型石墨產(chǎn)品

　　石墨電極的毛坯還用于加工成各種坩堝、模具、舟皿和發(fā)熱體等異型石墨產(chǎn)品。例如，在石英玻璃行業(yè)，每生產(chǎn)1t電熔管，需用石墨電極坯料10t；每生產(chǎn)1t石英磚，需消耗石墨電極坯料100kg。

　　石墨電極的原料介紹

　　（1）石油焦

　　石油焦是石油渣油、石油瀝青經(jīng)焦化后得到的可燃固體產(chǎn)物。色黑多孔，主要元素為碳，灰分含量很低，一般在0.5%以下。石油焦屬于易石墨化炭一類，石油焦在化工、冶金等行業(yè)中有廣泛的用途，是生產(chǎn)人造石墨制品及電解鋁用炭素制品的主要原料。

　　石油焦按熱處理溫度區(qū)分可分為生焦和煅燒焦兩種，前者由延遲焦化所得的石油焦，含有大量的揮發(fā)分，機(jī)械強(qiáng)度低，煅燒焦是生焦經(jīng)煅燒而得。中國(guó)多數(shù)煉油廠只生產(chǎn)生焦，煅燒作業(yè)多在炭素廠內(nèi)進(jìn)行。

　　石油焦按硫分的高低區(qū)分，可分為高硫焦（含硫1.5%以上）、中硫焦（含硫0.5%-1.5%）、和低硫焦（含硫0.5%以下）三種，石墨電極及其它人造石墨制品生產(chǎn)一般使用低硫焦生產(chǎn)。

　　（2）針狀焦

　　針狀焦是外觀具有明顯纖維狀紋理、熱膨脹系數(shù)特別低和很容易石墨化的一種優(yōu)質(zhì)焦炭，焦塊破裂時(shí)能按紋理分裂成細(xì)長(zhǎng)條狀顆粒（長(zhǎng)寬比一般在1.75以上），在偏光顯微鏡下可觀察到各向異性 的纖維狀結(jié)構(gòu)，因而稱之為針狀焦。

　　針狀焦物理機(jī)械性質(zhì)的各向異性十分明顯， 平行于顆粒長(zhǎng)軸方向具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，熱膨脹系數(shù)較低，在擠壓成型時(shí)，大部分顆粒的長(zhǎng)軸按擠出方向排列。因此，針狀焦是制造高功率或超高功率石墨電極的關(guān)鍵原料，制成的石墨電極電阻率較低，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性能好。

　　針狀焦分為以石油渣油為原料生產(chǎn)的油系針狀焦和以精制煤瀝青原料生產(chǎn)的煤系針狀焦。

　　（3）煤瀝青

　　煤瀝青是煤焦油深加工的主要產(chǎn)品之一。為多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮叵聻楹谏哒扯劝牍腆w或固體，無固定的熔點(diǎn)，受熱后軟化，繼而熔化，密度為1.25－1.35g/cm3。按其軟化點(diǎn)高低分為低溫、中溫和高溫瀝青三種。中溫瀝青產(chǎn)率為煤焦油的54－56％。煤瀝青的組成極為復(fù)雜，與煤焦油的性質(zhì)及雜原子的含量有關(guān)，又受煉焦工藝制度和煤焦油加工條件的影響。表征煤瀝青特性的指標(biāo)很多，如瀝青軟化點(diǎn)、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、結(jié)焦值和煤瀝青流變性等。

　　煤瀝青在炭素工業(yè)中作為粘結(jié)劑和浸漬劑使用，其性能對(duì)炭素制品生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量影響極大。粘結(jié)劑瀝青一般使用軟化點(diǎn)適中、結(jié)焦值高、β樹脂高的中溫或中溫改質(zhì)瀝青，浸漬劑要使用軟化點(diǎn)較低、 QI低、流變性能好的中溫瀝青。