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高纯石墨 高纯石墨一般指含碳量在99.99%以上的石 墨,在组织结构上可分为粗颗粒结构、细颗粒结构和超细颗粒结构三类,高纯石墨大量用于直拉单晶硅炉中。集成电路的基础材料主要是硅单晶芯片,目前硅单晶的成长工艺主要采用直拉法,其他方法还有磁场直拉法、区域法以及双坩埚拉晶法,直拉单晶硅炉中的石墨件是消耗品,采用高纯石墨材料加工成直拉单晶硅炉的加热系统。 高纯石墨另一重要用途是加工成各类坩埚,用于生产贵金属、稀有金属或高纯金属、非金属材料。光谱分析用石墨电极也是一种高纯石墨,可用于除碳元素以外的所有元素的光谱化学分析,光谱分析用石墨电极用挤压方法成型。成品的杂质元素含量应不大于6*10-5。在光谱分析中制备标准样品和用化学方法捕集杂质时需用光谱纯炭粉或光谱纯石墨粉,这两种高纯材料对杂质含量的要求都是在6*10-5;在某些用途方面,需要含碳量达到99.9995%,总灰分含量小于5*10-6。高纯石墨的成型方法有挤压成型、模压成型及等静压成型三种。
石墨具有较高的散射截面和极低的热中子吸收截面,较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,使得核反应堆能够利用少量燃料达到临界或正常运行。 石墨是耐高温材料,它的三相点,15MPa时为4024℃,因此不能采用熔化、铸造、锻造等热加工方法制造而只能采用类似粉末冶金的方法。它不像金属那样强度随温度而下降,而是略有增加,在2000℃以下应用,不会出现问题。 石墨有良好的导热性能,在堆内可以有效地降低温度梯度,不致产生太大的热应力。 石墨化学性质非常稳定。除了高温下的氧化、水蒸气外,可以耐酸、碱、盐的腐蚀,因而可以用作熔盐核反应堆和铀铋核反应堆的堆芯构件。 石墨抗辐照性能好,能长期在堆内服役30~40年。 石墨可加工性好,可以加工成各种形状的构件。 石墨原料丰富,价格便宜,容易制成纯度高、强度大、不同密度要求的各种核石墨,但石墨也有缺点,它是各向异性晶体结构,成层状分布,原子密集于a、b晶面,同层原子近距离为0.141nm,相互为共价结合,具有较强的结合力;而层距离为0.335nm,层间结合力为范德瓦尔力,结合力较弱。这种各向异性在石墨的物理、强度、辐照等行为中都会强烈地表现出来。
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