【摘要】：石墨電池在我們的生活中得到了廣泛的應用。 石墨電極是什么材料？ 石墨電極的原料有哪些？ 本文主要介紹了石墨電極的定義，分析了石墨電極的優點和加工方法，然后著重分析了石墨電極的應用及其原材料分析。

什么是石墨電極？

石墨電極是以石油焦、瀝青焦為級配，煤焦油瀝青為結合劑，經原料焙燒、破碎研磨、配料、捏合、成型、焙燒、浸漬、石墨化、機械加工等工藝制成的一種耐腐蝕電極。 低溫石墨導電材料稱為人造石墨電極（簡稱石墨電極），以區別于由天然石墨制備的天然石墨電極。

石墨電極的優點

(1)磨具幾何形狀的日益復雜和產品應用的多樣化，導致對火花機放電精度的要求越來越高。 石墨電極的優點是更容易加工，電火花加工去除率高，石墨損耗小。 因此，一些集團化火花機客戶已經放棄銅電極，改用石墨電極。 另外，一些異形電極用銅制作比較困難，但石墨比較容易成型，而且銅電極比較重，不適合加工大型電極。 這誘導了一些以集團為基礎的火花機客戶使用石墨電極。

(2)石墨電極更容易加工，加工速度明顯快于銅電極。 例如，石墨采用滾壓工藝加工，其加工速度比其他金屬加工快2-3倍，無需額外的人工處理，而銅電極則需要人工打磨。 同樣，如果使用高速石墨加工中心制造電極，速度會更快，效率會更高，并且不會形成冒煙問題。 在此過程中，選擇強度合適的工具和石墨，可以減少工具的磨損和銅電極的損壞。 如果具體比較石墨電極和銅電極的切割時間，石墨電極比銅電極快67%。 一般來說，石墨電極在電火花加工中的加工速度比銅電極快58%。 這樣一來，加工時間大大減少，制造成本也降低了。

(3) 石墨電極的設計不同于傳統的銅電極。 很多磨料廠對銅電極的粗加工和精加工一般有不同的余量，而石墨電極使用幾乎相同的余量，這減少了CAD/CAM和機加工的數量，僅此一點，就足以提高精度在很大程度上研磨工件。

石墨電極的加工方法

石墨電極的加工方法主要有加壓振動法、數控手工成型法和機械加工法三種。

(1)加壓振動法：加壓振動法需要專用銑床，電極母模形狀與電極形狀相反。 加工時石墨材料與成型工具相對放置，留有一定間隙。 將混合有水和磨料的加工液注入其中。 當加工液通過時，石墨和成型工具被超聲波振動。 在磨料沖擊力的作用下，石墨被輕微剝離，形成所需的形狀。 磨料為SiC、B4C或金剛石，磨料越粗，加工速度越快。 銑床工作時采用密封式和水幕式加工。 適用于大量生產的電火花加工。

(2)數控手動成型法：數控手動成型法需要專用的石墨電極成型機，采用數控形式，具有刀具手動更換裝置，可容納多種刀具。 為改善加工環境，石墨電極四周環繞水幕，防止石墨粉塵四處擴散。 此外，還可以采用干式加工，防止水溶性銑削液使刀具生銹和石墨粉塵飛揚。 磨粉機具有高性能的過濾裝置，將磨粉液與石墨屑分離，可保證長時間連續加工。 是石墨電極加工理想的專用設備，適用于磨具電極加工。 而且它的價格比較高，在國外應用并不廣泛。

(3)機械加工法：機械加工法是國外磨具生產單位采用的主要方法。

石墨材料可進行銑、銑、鉆、切等加工。 此外，石墨材料在機械加工過程中易形成粉塵飛揚，對加工設備和操作人員造成不良影響。

電弧煉鐵爐用石墨電極應用（一）

電爐冶煉是石墨電極的主要用戶。 我國電爐鋼產值約占粗鋼產值的18%，焦化用石墨電極占石墨電極總量的70%～80%。 電爐冶煉是利用石墨電極向爐內輸出電壓，利用電極端與爐料之間電弧形成的低溫熱源進行煉鐵。

(2)用于埋熱電爐

浸熱式電爐主要用于生產工業硅、黃磷等。其特點是導電電極上部埋在爐料中，在爐料層產生電弧，爐料被加熱電荷本身的電阻所發出的熱能。 高電壓密度的礦熱爐需要使用石墨電極。 例如，每生產1t硅，消耗石墨電極約40kg，生產1t黃磷，約消耗石墨電極40kg。

(3) 內阻爐用

生產石墨制品的石墨化爐、熔化玻璃的熔化爐、生產氧化鋁的電爐都屬于內阻爐。 爐內物料既是加熱內阻又是被加熱物。 導電石墨電極一般嵌在內電阻爐末端的爐頭壁內，那里使用的石墨電極是不連續消耗的。

(4)用于制備異形石墨制品

石墨電極的毛坯還用于加工各種形狀的石墨制品，如坩堝、模具、舟皿和加熱元件等。 例如，在石英玻璃行業，每生產1噸電熔管，需要軋制10噸石墨電極； 每生產1噸石英磚，需要使用石墨電極進行軋制。

石墨電極原料介紹（一）石油焦

石油焦是由石油餾分和石油瀝青焦化得到的易燃固體產品。 顏色為黑色微孔，主要元素為碳，酸值濃度很低，通常在0.5%以下。 石油焦是一種易石墨化的碳。 石油焦廣泛用于化工、冶金等行業。 是生產人造石墨制品和電解鋁碳素制品的主要原料。

石油焦按熱處理溫度可分為生焦和煅燒焦黑。 后者是延遲焦化得到的石油焦，揮發分含量高，機械硬度低。 煅燒焦炭黑是通過焙燒生焦而獲得的。 中國大部分煉油廠只生產生焦，大部分焙燒作業在炭素廠進行。

石油焦可分為高硫焦（含氯1.5%以上）、中硫焦（含磷0.5%-1.5%）、貧煤焦（含磷小于0.5%）。 石墨電極和其他人造石墨制品通常使用貧煤焦生產。

(2)針狀焦

針狀焦是一種纖維狀結構顯著、熱膨脹系數極低、易于石墨化的優質焦炭。 焦塊破碎時，根據質地（長徑比通常在1.75以上）可分裂成細長的片狀顆粒。 在偏光顯微鏡下可觀察到各向異性的纖維結構，故稱針聚焦。

針狀焦化學和機械性能的各向異性非常顯著。 在平行于顆粒長軸的方向上具有良好的導電性和導熱性，熱膨脹系數低。 擠出成型時，大部分顆粒的長軸都沿擠出方向排列。 因此，針狀焦是制造高功率或超高功率石墨電極的關鍵原料。 生產的石墨電極內阻低，熱膨脹系數小，耐光震性好。

針狀焦分為以石油餾分為原料生產的油基針狀焦和以精煉煤焦油瀝青為原料生產的煤基針狀焦。

(3)煤焦油瀝青

煤焦油瀝青是煤制石油深加工的主要產品之一。 它是各種碳和溴化合物的混合物。 常溫下為白色高粘度半固體或固體。 它沒有固定的熔點。 受熱后軟化熔化。 密度為1.25-1.35g/cm3。 按其軟化點可分為高溫、中、低溫三種瀝青。 中溫瀝青的豐度是煤油的54-56%。 煤焦油瀝青的成分極其復雜，與煤油的性質和雜原子濃度有關，還受煉鋼工藝制度和煤油加工條件的影響。 表征煤焦油瀝青特性的指標很多，如瀝青軟化點、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、焦化值、煤焦油瀝青流變性等。

煤瀝青在炭素工業中用作粘結劑和浸漬劑，其性能對炭素制品的生產工藝和產品質量影響很大。 粘結瀝青通常采用軟化點適中、焦化值高、β樹脂高的中溫或中溫改性瀝青，浸漬劑采用低軟化點、低QI、流變性能好的中溫瀝青。