【摘要】：石墨电池在我们的生活中得到了广泛的应用。 石墨电极是什么材料？ 石墨电极的原料有哪些？ 本文主要介绍了石墨电极的定义，分析了石墨电极的优点和加工方法，然后着重分析了石墨电极的应用及其原材料分析。
什么是石墨电极？
石墨电极是以石油焦、沥青焦为级配，煤焦油沥青为结合剂，经原料焙烧、破碎研磨、配料、捏合、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等工艺制成的一种耐腐蚀电极。 低温石墨导电材料称为人造石墨电极（简称石墨电极），以区别于由天然石墨制备的天然石墨电极。
石墨电极的优点
(1)磨具几何形状的日益复杂和产品应用的多样化，导致对火花机放电精度的要求越来越高。 石墨电极的优点是更容易加工，电火花加工去除率高，石墨损耗小。 因此，一些集团化火花机客户已经放弃铜电极，改用石墨电极。 另外，一些异形电极用铜制作比较困难，但石墨比较容易成型，而且铜电极比较重，不适合加工大型电极。 这诱导了一些以集团为基础的火花机客户使用石墨电极。
(2)石墨电极更容易加工，加工速度明显快于铜电极。 例如，石墨采用滚压工艺加工，其加工速度比其他金属加工快2-3倍，无需额外的人工处理，而铜电极则需要人工打磨。 同样，如果使用高速石墨加工中心制造电极，速度会更快，效率会更高，并且不会形成冒烟问题。 在此过程中，选择强度合适的工具和石墨，可以减少工具的磨损和铜电极的损坏。 如果具体比较石墨电极和铜电极的切割时间，石墨电极比铜电极快67%。 一般来说，石墨电极在电火花加工中的加工速度比铜电极快58%。 这样一来，加工时间大大减少，制造成本也降低了。
(3) 石墨电极的设计不同于传统的铜电极。 很多磨料厂对铜电极的粗加工和精加工一般有不同的余量，而石墨电极使用几乎相同的余量，这减少了CAD/CAM和机加工的数量，仅此一点，就足以提高精度在很大程度上研磨工件。
石墨电极的加工方法
石墨电极的加工方法主要有加压振动法、数控手工成型法和机械加工法三种。
(1)加压振动法：加压振动法需要专用铣床，电极母模形状与电极形状相反。 加工时石墨材料与成型工具相对放置，留有一定间隙。 将混合有水和磨料的加工液注入其中。 当加工液通过时，石墨和成型工具被超声波振动。 在磨料冲击力的作用下，石墨被轻微剥离，形成所需的形状。 磨料为SiC、B4C或金刚石，磨料越粗，加工速度越快。 铣床工作时采用密封式和水幕式加工。 适用于大量生产的电火花加工。
(2)数控手动成型法：数控手动成型法需要专用的石墨电极成型机，采用数控形式，具有刀具手动更换装置，可容纳多种刀具。 为改善加工环境，石墨电极四周环绕水幕，防止石墨粉尘四处扩散。 此外，还可以采用干式加工，防止水溶性铣削液使刀具生锈和石墨粉尘飞扬。 磨粉机具有高性能的过滤装置，将磨粉液与石墨屑分离，可保证长时间连续加工。 是石墨电极加工理想的专用设备，适用于磨具电极加工。 而且它的价格比较高，在国外应用并不广泛。
(3)机械加工法：机械加工法是国外磨具生产单位采用的主要方法。
石墨材料可进行铣、铣、钻、切等加工。 此外，石墨材料在机械加工过程中易形成粉尘飞扬，对加工设备和操作人员造成不良影响。
电弧炼铁炉用石墨电极应用（一）
电炉冶炼是石墨电极的主要用户。 我国电炉钢产值约占粗钢产值的18%，焦化用石墨电极占石墨电极总量的70%～80%。 电炉冶炼是利用石墨电极向炉内输出电压，利用电极端与炉料之间电弧形成的低温热源进行炼铁。
(2)用于埋热电炉
浸热式电炉主要用于生产工业硅、黄磷等。其特点是导电电极上部埋在炉料中，在炉料层产生电弧，炉料被加热电荷本身的电阻所发出的热能。 高电压密度的矿热炉需要使用石墨电极。 例如，每生产1t硅，消耗石墨电极约40kg，生产1t黄磷，约消耗石墨电极40kg。
(3) 内阻炉用
生产石墨制品的石墨化炉、熔化玻璃的熔化炉、生产氧化铝的电炉都属于内阻炉。 炉内物料既是加热内阻又是被加热物。 导电石墨电极一般嵌在内电阻炉末端的炉头壁内，那里使用的石墨电极是不连续消耗的。
(4)用于制备异形石墨制品
石墨电极的毛坯还用于加工各种形状的石墨制品，如坩埚、模具、舟皿和加热元件等。 例如，在石英玻璃行业，每生产1吨电熔管，需要轧制10吨石墨电极； 每生产1吨石英砖，需要使用石墨电极进行轧制。
石墨电极原料介绍（一）石油焦
石油焦是由石油馏分和石油沥青焦化得到的易燃固体产品。 颜色为黑色微孔，主要元素为碳，酸值浓度很低，通常在0.5%以下。 石油焦是一种易石墨化的碳。 石油焦广泛用于化工、冶金等行业。 是生产人造石墨制品和电解铝碳素制品的主要原料。
石油焦按热处理温度可分为生焦和煅烧焦黑。 后者是延迟焦化得到的石油焦，挥发分含量高，机械硬度低。 煅烧焦炭黑是通过焙烧生焦而获得的。 中国大部分炼油厂只生产生焦，大部分焙烧作业在炭素厂进行。
石油焦可分为高硫焦（含氯1.5%以上）、中硫焦（含磷0.5%-1.5%）、贫煤焦（含磷小于0.5%）。 石墨电极和其他人造石墨制品通常使用贫煤焦生产。
(2)针状焦
针状焦是一种纤维状结构显着、热膨胀系数极低、易于石墨化的优质焦炭。 焦块破碎时，根据质地（长径比通常在1.75以上）可分裂成细长的片状颗粒。 在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维结构，故称针聚焦。
针状焦化学和机械性能的各向异性非常显着。 在平行于颗粒长轴的方向上具有良好的导电性和导热性，热膨胀系数低。 挤出成型时，大部分颗粒的长轴都沿挤出方向排列。 因此，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料。 生产的石墨电极内阻低，热膨胀系数小，耐光震性好。
针状焦分为以石油馏分为原料生产的油基针状焦和以精炼煤焦油沥青为原料生产的煤基针状焦。
(3)煤焦油沥青
煤焦油沥青是煤制石油深加工的主要产品之一。 它是各种碳和溴化合物的混合物。 常温下为白色高粘度半固体或固体。 它没有固定的熔点。 受热后软化熔化。 密度为1.25-1.35g/cm3。 按其软化点可分为高温、中、低温三种沥青。 中温沥青的丰度是煤油的54-56%。 煤焦油沥青的成分极其复杂，与煤油的性质和杂原子浓度有关，还受炼钢工艺制度和煤油加工条件的影响。 表征煤焦油沥青特性的指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、焦化值、煤焦油沥青流变性等。
煤沥青在炭素工业中用作粘结剂和浸渍剂，其性能对炭素制品的生产工艺和产品质量影响很大。 粘结沥青通常采用软化点适中、焦化值高、β树脂高的中温或中温改性沥青，浸渍剂采用低软化点、低QI、流变性能好的中温沥青。
