“科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品的迅速進(jìn)步，通常是與其組成材料和部件的快速發(fā)展密不可分的，然而這些材料和部件的發(fā)展是終端消費(fèi)者無(wú)法以肉眼感知到的。盡管上述材料和部件對(duì)現(xiàn)代科技的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，得到了廣泛的應(yīng)用，并且能夠協(xié)助我們的工作，為我們的家庭提供能源，為汽車(chē)提供動(dòng)力，甚至拯救我們的生命，但有些部件或復(fù)合材料不僅不為人們所見(jiàn)，甚至許多部件或復(fù)合材料仍為公眾聞所未聞。”

上面是2020年3月，華盛頓郵報(bào)采訪(fǎng)東洋炭素董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官近藤尚孝（NaotakaKondo）發(fā)表題為“Unlockingendlessopportunitiesincarbon”（解鎖碳材料中的無(wú)盡機(jī)遇）報(bào)道中的一段文字，道出了大多數(shù)默默無(wú)聞的材料企業(yè)心聲，但同時(shí)證明當(dāng)取得諸如“東洋炭素供應(yīng)全球30%的各向同性石墨”這樣的成就，世人絕對(duì)會(huì)開(kāi)始關(guān)注并重視這樣一家企業(yè)。石墨作為最常見(jiàn)的碳材料，應(yīng)用非常廣泛，由市場(chǎng)容量和盈利點(diǎn)所主導(dǎo)，東洋炭素明確當(dāng)前公司主要部門(mén)是半導(dǎo)體和汽車(chē)工業(yè)，其產(chǎn)品或技術(shù)介紹也就以此開(kāi)始。

一、主力市場(chǎng)

半導(dǎo)體

MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長(zhǎng)都是在常壓或低壓(10-100Torr)下,用射頻、熱輻射、感應(yīng)等方式加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方),襯底溫度為500-1200℃，H2通過(guò)溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長(zhǎng)區(qū)，進(jìn)行氣相沉積，要求石墨基座具有優(yōu)良耐熱性、導(dǎo)熱性及耐氨氣腐蝕性。"PERMA-KOTE"石墨基座已經(jīng)被廣泛的使用在MOVD設(shè)備中，"PERMA-KOTE"是指采用東洋炭素專(zhuān)有的化學(xué)氣相沉積（CVD)工藝在高度純化的各項(xiàng)同性石墨的表面沉積碳化硅薄膜的產(chǎn)品。

采用獨(dú)特技術(shù)制造的碳化硅 / 碳化鉭（SiC/TaC）復(fù)合材料電芯，推動(dòng)了碳化硅（SiC）半導(dǎo)體制造的發(fā)展。這是一種高純度各向同性石墨基體，上面覆蓋著致密的碳化鉭（TaC）涂層，碳化鉭的熔點(diǎn)約為 4,000℃，具有超高的熱耐久性，而且無(wú)裂紋，抗熱震性好。

離子注入是將某種元素電離成離子，并使其在電場(chǎng)中加速，獲得一定能量后注入固體材料表面內(nèi)一定深度，以改變材料的物理、化學(xué)特性的一種技術(shù)。在半導(dǎo)體工藝技術(shù)中，離子注入具有高精度的劑量均勻性和重復(fù)性，可以獲得理想的摻雜濃度和集成度，使電路的集成、速度、成品率和壽命大為提高，成本及功耗降低。在離子的發(fā)生、偏轉(zhuǎn)及接收位置，都需要相應(yīng)的石墨部件，要求石墨產(chǎn)品具有高純度以避免污染，高硬度、高強(qiáng)度、高密度等以減少自身顆粒的析出。

電子封裝就是安裝集成電路內(nèi)置芯片外用的管殼，起著安放固定密封，保護(hù)集成電路內(nèi)置芯片，增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)的能力，并且集成電路芯片上的鉚點(diǎn)也就是接點(diǎn)，是焊接到封裝管殼的引腳上的。按功能大致有壓入﹑折彎﹑切斷﹑鉚合﹑熔接﹑測(cè)試﹑固定等分類(lèi)。

汽車(chē)工業(yè)涉及石墨產(chǎn)品種類(lèi)和功能龐雜，同時(shí)也與其他行業(yè)應(yīng)用交集眾多，掛一漏萬(wàn)還請(qǐng)讀者包涵指點(diǎn)。

電火花成形（EDM)也稱(chēng)為“放電加工”，石墨材料由于重量輕、易加工成形；機(jī)加工、電加工效率都高于其他材料的特點(diǎn)，在放電加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

機(jī)械用炭-石墨材料針對(duì)汽車(chē)，電氣、石油化工及機(jī)械行業(yè)提供所需炭——石墨零部件，主要應(yīng)用于干式壓縮機(jī)及真空泵旋片、回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、徑向式通風(fēng)機(jī)等軸密封用密封環(huán)和套環(huán)、無(wú)油活塞式壓縮機(jī)用石墨活塞桿密封和活塞導(dǎo)向環(huán)、機(jī)械密封、球閥用軸向端面密封件、液態(tài)介質(zhì)輸送用石墨軸承、密封圈、組合密封圈、旋片、轉(zhuǎn)子及襯套等。

工業(yè)電機(jī)用炭刷，包含了四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)、摩托車(chē)、飛機(jī)、軌道機(jī)車(chē)、大型電動(dòng)機(jī)、風(fēng)力和水力等應(yīng)用。 而炭刷用于可以用來(lái)改變電流的方向，起著換向的作用，從而讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。工業(yè)炭刷要求具有耐高溫、耐磨耗、耐腐蝕、高壽命、高電流通過(guò)等特性。炭刷需要金屬系和電化石墨系材料，具備能通過(guò)高電流的特性。

刷架是在有刷電機(jī)里面盛裝碳刷并保持碳刷位置的機(jī)械導(dǎo)槽。刷架一般由刷盒、渦卷彈簧和壓指等主要零件組成，其作用是通過(guò)彈簧將壓力加在與換向器或集電環(huán)表面滑動(dòng)接觸的碳刷上，使其在固定體與旋轉(zhuǎn)體之間穩(wěn)定地傳導(dǎo)電。流碳刷架主要采用青銅鑄件，鋁鑄件及其它合成材料，一般刷架材料本身要求具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，加工性能，耐蝕性能，散熱性能等。

石墨轉(zhuǎn)子具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性，耐高溫，良好的抗化學(xué)腐蝕性，廣泛適用于各類(lèi)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)空調(diào)里，吸氣泵，真空泵，吸油泵等，生產(chǎn)各類(lèi)石墨及石墨密封材料。

發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頂部的襯墊或排氣支管墊圈多采用以膨脹石墨制成的石墨密封。汽缸頂部襯墊是燃燒氣體，冷卻水以及潤(rùn)滑油的密封，排氣支管墊圈是密封排氣體的。不但是汽車(chē)，包括摩托車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它的高溫高壓反應(yīng)容器的墊圈等也采用石墨密封。

機(jī)械密封多用于汽車(chē)空調(diào)的制冷空壓機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻用的水泵。與普通用泵相比，其負(fù)荷且批量生產(chǎn)，多采用樹(shù)脂結(jié)合質(zhì)。大型車(chē)用高負(fù)荷時(shí)，有時(shí)采用炭石墨質(zhì)。旋轉(zhuǎn)機(jī)的頂點(diǎn)密封采用炭素材料。旋轉(zhuǎn)機(jī)圓長(zhǎng)形的汽缸內(nèi)呈鼓圓形的三角形轉(zhuǎn)子在氣化燃料以吸收——壓縮——燃燒——爆發(fā)——排氣的程度下，消耗能源進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，給旋轉(zhuǎn)軸傳送動(dòng)力。因在轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)點(diǎn)裝有葉片，被稱(chēng)為頂點(diǎn)密封。由于受到燃燒爆發(fā)引起的高溫高壓，所有要求具有金屬材料同樣的機(jī)械強(qiáng)度和潤(rùn)滑性。因此需采用以高強(qiáng)度炭質(zhì)為基體的金屬浸漬品。

二、創(chuàng)新材料

東洋炭素于1941年制造碳刷起家，到1974年稱(chēng)為世界上第一家成功量產(chǎn)大尺寸各向同性石墨的公司，其碳制品和技術(shù)也隨著時(shí)代的需要不斷發(fā)展。不僅在半導(dǎo)體和汽車(chē)工業(yè)這樣的主力市場(chǎng)，從家電到航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的尖端產(chǎn)品，應(yīng)有盡有。

比如，東洋炭素開(kāi)發(fā)的熱解碳為基體，導(dǎo)熱性極高的C/C復(fù)合材料已經(jīng)用于小行星探測(cè)器的離子引擎網(wǎng)格，并且和同位素石墨材料被用于核聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵等離子體測(cè)試設(shè)備。

C/C復(fù)合材料生產(chǎn)流程

與東洋炭素之前的明星材料各向同性石墨相比，C/C復(fù)合材料是一種通過(guò)對(duì)碳纖維增強(qiáng)塑料進(jìn)行高溫烘烤和熱處理而制成的碳化塑料復(fù)合材料，其不僅高強(qiáng)、高彈、高韌性能更好，可耐2000℃甚至更高溫度，密度低適用于輕量化要求場(chǎng)景，最重要的是，加持化學(xué)氣相滲透（CVI）處理和碳纖維結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，其導(dǎo)熱系數(shù)可實(shí)現(xiàn)比銅更高！

三、主力材料

名企一定兼顧銳度和厚度，如果說(shuō)C/C復(fù)合材料是東洋炭素的矛，各向同性石墨當(dāng)然就是它的盾。除了石墨耐高溫、耐化學(xué)品、優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性以及耐摩擦和磨損這些特性外，各向同性石墨還具有各個(gè)方向的均勻熱膨脹、由于其細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)而具有高強(qiáng)度以及材料特性變化非常小的特性。

琢磨工廠(chǎng)（香川縣三豐市）

為應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)的半導(dǎo)體需求量的增加，作為半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)的硅晶圓，為了提高生產(chǎn)效率而直徑變大，對(duì)大直徑各向同性石墨產(chǎn)品的需求在增長(zhǎng)。2020年5月，東洋炭素宣布琢磨工廠(chǎng)（香川縣三豐市）擴(kuò)產(chǎn)大口徑各向同性石墨產(chǎn)品，但不是單純的增設(shè)會(huì)提高固定費(fèi)用的設(shè)備，而是在現(xiàn)有工廠(chǎng)中投入新設(shè)備，推行自動(dòng)化。

四、傳統(tǒng)應(yīng)用（示例）

機(jī)械用碳-石墨利用碳的自潤(rùn)滑性和耐化學(xué)性和耐熱性，用于不能使用金屬的高溫環(huán)境中的滑動(dòng)部件，以及浸沒(méi)在化學(xué)品中和不能使用潤(rùn)滑部件的領(lǐng)域。

多晶鑄錠需要用到石墨熱場(chǎng)，起到承載、發(fā)熱及保溫的作用，要求石墨件的使用環(huán)境為最高1600攝氏度、氬氣或真空環(huán)境中，石墨材料分別作電阻加熱器、保護(hù)圍板等、碳?xì)钟糜诒亍C材料用于連接緊固部件及坩堝蓋板、保溫氈保護(hù)板等。

單晶硅則是將多晶硅料經(jīng)過(guò)加熱熔化，通過(guò)直拉法(CZ)進(jìn)行單晶硅棒的生產(chǎn)。

要求氬氣或真空環(huán)境中，通過(guò)石墨加熱器發(fā)熱至1600℃左右，對(duì)石墨坩堝內(nèi)的多晶原料加熱，熔化成液體，通過(guò)控制液面溫度，提拉籽晶，最終長(zhǎng)成單晶棒。

多孔碳是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的新型碳材料，其中含有許多在活性炭等一般碳材料中沒(méi)有的介孔，并且作為工業(yè)材料難以獲得，由于其具有許多特征性介孔，因此具有高催化活性，可用于燃料電池的電極催化劑等。

結(jié)語(yǔ)

以上碳材料產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)基于對(duì)材料的全民處理能力。東洋炭素?fù)碛邪ɑA(chǔ)加工、熱處理、提純、表面處理、浸漬、成型和檢測(cè)。比如，東洋炭素通過(guò)在鹵素氣體環(huán)境中熱處理石墨材料，去除材料中的雜質(zhì)。使用高純度處理可以將石墨材料中的金屬雜質(zhì)保持在 5 ppm 或以下；再比如陶瓷、耐火材料和粉末冶金領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的冷等靜壓成型；還有包括真空處理、氮?dú)鈿鍤馓幚怼錃馓幚怼Ⅺu素處理等各種熱處理能力；薄壁加工、3D打印、特殊內(nèi)徑、多孔、截面、葉片、熱縮等高難度加工能力……

2020年1月，新冠疫情還未爆發(fā)，東洋炭素中國(guó)公司忘年會(huì)對(duì)2019年業(yè)績(jī)總結(jié)，“下半年經(jīng)濟(jì)狀況急速下行，非常不穩(wěn)定”。原因很多，有傳統(tǒng)行業(yè)向5G、AI、自動(dòng)駕駛等新興產(chǎn)業(yè)的過(guò)渡，有貿(mào)易保護(hù)帶來(lái)的關(guān)稅壁壘，也有來(lái)碳減排方面的挑戰(zhàn)。總之，對(duì)于東洋炭素而言，成為其領(lǐng)域的開(kāi)拓者通常意味著開(kāi)發(fā)新創(chuàng)新的設(shè)備尚不存在，實(shí)際上，這是另一項(xiàng)挑戰(zhàn)的起點(diǎn)。近藤尚孝先生在另一場(chǎng)和所說(shuō)可以作為注腳，“遙遙領(lǐng)先意味著我們必然會(huì)犯錯(cuò)誤，但因?yàn)槲覀冇啦环艞墸覀內(nèi)〉昧似渌藷o(wú)法做到的事情，我們將成功產(chǎn)品所賺取的大部分利潤(rùn)用于開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品。”

粉體圈

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