为贯彻落实《中国制造2025》关于做强中国装备的总体要求,不断提高重大技术装备的创新水平,加快推进首台(套)推广应用,根据重大技术装备的发展现状,工业和信息化部2018年1月,工信部装函[2018]47号《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2017年版)》中包含“4.6.7高温石墨化炉”,最高工作温度≥2300℃;极限真空度≤5Pa等。石墨纤维毡片为高温石墨化炉等高端装备使用的保温隔热石墨材料。
石墨纤维毡片(简称石墨毡) 具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、耐腐蚀、高电导和热导、低热膨胀、自润滑等奇特性能,是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元。在真空或惰性气体高温环境中,做保温隔热材料性能非常优越、稳定,是单晶硅、多晶硅制备炉及各种真空炉、烧结炉等高温炉的优良保温材料。主要应用于冶金、机械、化工等行业的单晶炉、炭化炉、石英炉、真空炉、热平衡反应炉、热处理炉、烧结炉、焊接炉、高压炉等高温炉体的保温、隔热、耐火材料或高纯度腐蚀性化学试剂的过滤材料。石墨毡是将碳纤维原丝通过合理的编织针刺工艺制作而成,在真空或惰性气氛下经2000℃以上高温处理后为石墨毡,石墨毡含碳量比碳毡高,达99%以上。石墨毡在非氧化气氛条件下,使用温度可达2000℃以上。石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种,黏胶基石墨毡用量最多。
石墨毡是冶炼炉用保温层的主要材料,与石墨毡复合板、石墨毡异形件共同构成冶炼炉完整的保温层。石墨毡能保证冶炼炉的热场稳定性,在非氧化气氛条件下,使用温度可达2000℃以上。
2018年国家市场监管总局、工信部等九部门联合发布新材料标准领航行动计划(2018-2020),要求加强碳纤维及其复合材料标准的研制。
最近十年以来,随着芯片产业、太阳能产业、单晶硅、多晶硅等硅基产业的快速发展,硅晶用量越大越大,石墨毡的市场需求也越来越大。研发、生产冶炼炉用石墨毡软片的企业越大越多。目前,该类产品生产主要集中在欧美地区、中国及日本等地区,国内冶金、化工等行业所用的石墨毡基本实现了国产化。目前国内石冶炼炉石墨毡的性能与进口的差别很小,但是具有非常大的成本优势。2014年,我国碳毡市场产量达到2000吨左右,市场规模达到4.3亿元;石墨毡市场产量达到700吨左右,市场规模达到1.58亿元,据不完全统计,2019年全国石墨毡市场规模30多亿人民币。据中商产业研究院调研资料显示,目前石墨毡市场存在“冰火两重天”的现象,石墨毡下游领域有航空航天、真空冶金、太阳能光伏新能源、化工新材料等领域,下游领域按使用人群可分为军用领域和民用领域,军用领域产品需求旺盛;民用领域产品产能过剩,存在高库存现象。军用领域产品主要运用在航空航天行业,对碳毡、石墨毡产品性能要求非常严苛,市场对这类产品需求较大,而国内具备这类产品生产资质的企业较少,目前还依赖于外国进口。民用领域产品主要运用在真空冶金、太阳能光伏新能源、化工新材料等领域,这类产品对碳毡、石墨毡产品性能要求相对较低,目前国内绝大部分生产企业生产这类低端碳毡、石墨毡产品。而调研发现,很多企业目前都存在很高的库存。
国家希望产品实现国内本土企业自主生产,不受制于外国企业的决心,使得高端碳毡、石墨毡前景大好。
我国目前有安徽弘昌新材料有限公司、甘肃郝氏炭纤维有限公司 、江苏米格新材料有限公司、辽宁金谷炭材料股份有限公司、深圳市石金科技股份有限公司、扬州东润新材料科技有限公司、安徽佳航碳纤维有限公司、上海新卡碳素科技有限公司等几十家企业生产。
行业内没有统一的国家或行业标准对产品的含碳量、导热系数、热膨胀系数、抗拉系数、抗腐蚀性能等指标做出规范,导致相关冶炼企业在挑选石墨毡产品时处于给出的质量等要求给不同的石墨毡生产企业带来了生产的困难,使得市场上流通的产品在使用时存在影响保温效果和冶炼炉的性能等情况,甚至埋下了安全隐患。所以,为了提高石墨毡行业的产品质量,促进石墨毡产业健康快速发展,急需制定行业标准,通过行业标准规范石墨毡的质量,引领产品质量的升级换代。