美國步高POCO石墨DFP-3-2石墨加工

核能用石墨材料

石墨是建造核反應(yīng)堆使用的減速材料和反射材料之一，早期的反應(yīng)堆都是石墨堆。作為結(jié)構(gòu)材料使用的核反應(yīng)堆用石墨在選用原料、工藝控制、成品檢驗上比石墨電極嚴(yán)格得多，也昂貴得多，核反應(yīng)堆用石墨必需具備下列性能：對慢中子的吸收量小、高溫強(qiáng)度好、抗熱震性高、對快中子的減速性能好、在輻照下尺寸穩(wěn)定、雜質(zhì)含量極少。

核石墨必需有較高的體積密度，因為石墨對快中子的減速作用是依靠快中子對碳原子的碰撞作用而實現(xiàn)的，單位體積內(nèi)碳原子越多，減速效果越好，所以體積密度是核石墨的主要指標(biāo)之一，體積密度也與石墨的氣孔率和滲透率直接有關(guān)，為了避免核燃料及載熱體的損失，要將氣孔率及滲透率降低到 一定水平。

模具石墨

機(jī)械工業(yè)中的鑄造行業(yè)大量使用石墨材料作為加壓鑄造、離心鑄造、超硬合金的熱擠壓等加工的模具，大到火車車輪，小到精密零件都可以使用石墨模具。石墨模具可多次重復(fù)使用，脫模后的鑄件具有較高的光潔度，有的無需進(jìn)一步加工即可使用。用作鑄造模具的石墨材料應(yīng)該是質(zhì)地致密、熱膨脹系數(shù)較低、抗氧化性能較好的石墨，用于鑄 造尺寸較大的鑄件的石墨可以用較粗的粒度組成，而用于鑄造小型精密零件的石墨必須使用細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的石墨。

在模具石墨中以金屬連續(xù)鑄造石墨的質(zhì)量要求最嚴(yán)，要求其熱導(dǎo)率高，熱穩(wěn)定性和耐熱沖擊性好，潤滑性好，不與熔融金屬浸潤，不與鑄造金屬反應(yīng)，容易加工成尺寸精確的模具。
合成金剛石用石墨

工業(yè)上金剛石是重要的切割和研磨材料，但是天然開采的金剛石產(chǎn)量很少，且價格昂貴。石墨和金剛石同屬于碳元素，只是結(jié)晶形態(tài)不同，在高溫、高壓下石墨可轉(zhuǎn)化成金剛石結(jié)晶形態(tài)，早在1954年瑞典和美國相繼成功合成人造金剛石成功，中國也在20世紀(jì)60年代合成了人造金剛石，并在20世紀(jì)70年代生產(chǎn)出合成人造金剛石的專用石墨材料，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，中國生產(chǎn)的合成金剛石專用石墨分為3類，特點及用途見圖表。

石墨具有較高的散射截面和極低的熱中子吸收截面，較高的散射截面用以慢化中子，低的吸收截面防止中子被吸收，使得核反應(yīng)堆能夠利用少量燃料達(dá)到臨界或正常運(yùn)行。
石墨是耐高溫材料，它的三相點，15MPa時為4024℃，因此不能采用熔化、鑄造、鍛造等熱加工方法制造而只能采用類似粉末冶金的方法。它不像金屬那樣強(qiáng)度隨溫度而下降，而是略有增加，在2000℃以下應(yīng)用，不會出現(xiàn)問題。
石墨有良好的導(dǎo)熱性能，在堆內(nèi)可以有效地降低溫度梯度，不致產(chǎn)生太大的熱應(yīng)力。
石墨化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。除了高溫下的氧化、水蒸氣外，可以耐酸、堿、鹽的腐蝕，因而可以用作熔鹽核反應(yīng)堆和鈾鉍核反應(yīng)堆的堆芯構(gòu)件。
石墨抗輻照性能好，能長期在堆內(nèi)服役30～40年。
石墨可加工性好，可以加工成各種形狀的構(gòu)件。
石墨原料豐富，價格便宜，容易制成純度高、強(qiáng)度大、不同密度要求的各種核石墨，但石墨也有缺點，它是各向異性晶體結(jié)構(gòu)，成層狀分布，原子密集于a、b晶面，同層原子近距離為0.141nm，相互為共價結(jié)合，具有較強(qiáng)的結(jié)合力；而層距離為0.335nm，層間結(jié)合力為范德瓦爾力，結(jié)合力較弱。這種各向異性在石墨的物理、強(qiáng)度、輻照等行為中都會強(qiáng)烈地表現(xiàn)出來。