碳素材料具有電和熱的良傳導(dǎo)性、電特性、潤滑性、高溫特性、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、耐高溫?zé)釀兟湫浴㈦娀瘜W(xué)性能等基本特性。碳素尤其是特種石墨已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要物料和工業(yè)材料,依靠其固有特性,經(jīng)常以基礎(chǔ)原料、模具、用具、部件、構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)材料等形式被廣泛應(yīng)用在各種行業(yè)不同環(huán)境、不同生產(chǎn)條件的工業(yè)產(chǎn)品制造過程。碳素行業(yè)是一個(gè)非常多元化的產(chǎn)業(yè),既有傳統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ),又具備高技術(shù)、高科技發(fā)展的機(jī)遇和空間,行業(yè)發(fā)展前景長期向好。同時(shí),碳素行業(yè)也是對石化和煤化工行業(yè)的廢渣進(jìn)行深加工再利用,是一項(xiàng)能源二次利用、符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的產(chǎn)業(yè)。
(1)電火花加工對特種石墨的需求穩(wěn)定增長
電火花加工的主要優(yōu)勢在于能適用于難切削材料的加工,工具電極與工件不接觸,兩者間作用力很小,適用于加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。在電火花加工工藝中,作為陽極的工具電極可以使用銅質(zhì)材料,也可使用石墨材料。石墨電極與銅電極相比具有比銅輕,密度只有銅的 20%、易加工、切削加工不易產(chǎn)生應(yīng)力及熱變形、熔點(diǎn)在 3,000℃以上時(shí)熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)。
在特種石墨的需求結(jié)構(gòu)中,電火花加工占比約 15%,是需求量最大的下游用戶之一。電火花加工石墨產(chǎn)品中使用高檔石墨約為 25%,使用中低檔石墨約為 75%。
(2)核安全加快石墨材料在核電中的應(yīng)用
日本福島核事故引發(fā)核電危機(jī),核安全成為未來核電發(fā)展的關(guān)鍵因素。歐洲一些國家放緩或停止了核電站的建設(shè),德國甚至宣布 2020 年關(guān)閉核電站,我國也在重新審視核電發(fā)展的規(guī)劃。但從長期看,核電依然是發(fā)電效率最高、最有前途的發(fā)電機(jī)組,我國大力發(fā)展核電的長期規(guī)劃沒有改變。在核電建設(shè)中,核安全是首位。高溫氣冷堆是國際核能界公認(rèn)的目前安全性最高的新型核反應(yīng)堆,是未來核電裝置的發(fā)展趨勢。
石墨是中子的慢化劑和優(yōu)良的反射劑,其自身很多優(yōu)良特性確立了它在核工業(yè)領(lǐng)域中關(guān)鍵材料之一。在高溫氣冷堆中,炭材料是不可缺少的減速材料、反射材料和結(jié)構(gòu)材料。高溫氣冷堆需要大量的高級石墨材料,可以說沒有核石墨材料就無法建成高溫氣冷堆。在高溫氣冷堆中由于用氦氣作為冷卻劑,用碳素及陶瓷材料作為燃料的包覆材料,用石墨或炭質(zhì)材料作為減速材料和爐芯結(jié)構(gòu)材料,可以把接近 1,000℃的高溫氣體導(dǎo)出反應(yīng)堆外作為能源使用。國際上已經(jīng)建立了多座開發(fā)研究用高溫氣冷堆。此外,核石墨可以用來制作熱結(jié)構(gòu)件,各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、電極等核石墨制品。
(3)其他需求:模具、連鑄和人造金剛石石墨增長潛力不容忽視 )其他需求:模具、連鑄和人造金剛石石墨增長潛力不容忽視
我國用于制造模具和連鑄的石墨數(shù)量較大,石墨模具和連鑄用各類石墨約占總需求量 26%。機(jī)械工業(yè)中的鑄造行業(yè)大量使用石墨材料作為加壓鑄造、離心鑄造、超硬合金的熱擠壓等加工模具。生產(chǎn)大規(guī)格的純銅、青銅、黃銅等主要采用連鑄的方法,其中對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要影響的結(jié)晶器就是用等靜壓石墨材料制成的。由于等靜壓石墨在熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定、自潤滑、抗浸潤及化學(xué)惰性等方面具有良好的性能,使之成為制作結(jié)晶器不可替代的材料。等靜壓石墨還用于制作金剛石工具和硬質(zhì)合金的燒結(jié)模具,光纖拉絲機(jī)的熱場部件(加熱器、保溫筒等),真空熱處理爐的熱場部件(加熱器、承載框等),以及精密石墨熱交換器、機(jī)械密封部件、活塞環(huán)、軸承、火箭噴嘴等。
5、行業(yè)發(fā)展的有利因素及面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來,國際上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了新的調(diào)整,以信息、生物、航空航天、海洋開發(fā)以及新材料和新能源為主的高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展壯大。特種石墨與微電子及信息技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、航空航天、原子能、高溫材料等均有密切的關(guān)系。當(dāng)前化工、能源、輕工、冶金、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將不斷引入新技術(shù)和使用材料,進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)革新,許多都與特種石墨深加工產(chǎn)品密切相關(guān)??梢哉f特種石墨深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展有了新的機(jī)遇。
從特種石墨各種技術(shù)發(fā)展看,特種石墨將越來越被廣泛應(yīng)用到新能源汽車、航天航空、核電及軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域,成為支撐高新技術(shù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技成果使我們完全相信在未來科技發(fā)展中,特種石墨將是不可替代的戰(zhàn)略資源之一。
6、行業(yè)的競爭格局
(1)國際行業(yè)競爭和市場特點(diǎn)
目前,國內(nèi)外碳素企業(yè)眾多,行業(yè)已經(jīng)高度市場化。世界范圍內(nèi)碳素行業(yè)集中度較高,主要集中在德國、美國、日本、法國、中國及印度,但各國主流石墨制品均為石墨電極,特種石墨產(chǎn)品占比相對較小。
德國、美國、日本、法國的特種石墨產(chǎn)品以等靜壓石墨為主,上述四國擁有先進(jìn)的等靜壓石墨生產(chǎn)技術(shù),擁有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。由于長期以來受德國、美國、日本、法國在等靜壓石墨工藝技術(shù)和設(shè)備技術(shù)方面的壁壘的限制,國內(nèi)等靜壓石墨產(chǎn)量較少,基本依賴進(jìn)口。
與國外同類產(chǎn)品相比,我國產(chǎn)品雖然性能略有差異,但由于成本與價(jià)格較低,產(chǎn)品性價(jià)比優(yōu)勢明顯,與國外產(chǎn)品競爭時(shí)具有一定的性價(jià)比優(yōu)勢。
(2)國內(nèi)特種石墨行業(yè)競爭和市場特點(diǎn)
1)整體規(guī)模偏小
同傳統(tǒng)碳素材料相比,特種石墨生產(chǎn)工藝技術(shù)含量較高,對生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備能力及工藝裝備水平有較高的要求?,F(xiàn)階段,我國特種石墨行業(yè)呈現(xiàn)“金字塔”型分布,工藝和技術(shù)水平先進(jìn),具有一定自主研發(fā)能力、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?;钠髽I(yè)較少。全國從事特種石墨生產(chǎn)的企業(yè)僅幾十家,大部分企業(yè)規(guī)模較小,技術(shù)落后或者不具備完整工序,具備完整工序、產(chǎn)能普遍規(guī)模較小,導(dǎo)致大多數(shù)企業(yè)難以形成很強(qiáng)的市場競爭力。
2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理
目前國內(nèi)碳素產(chǎn)品仍以傳統(tǒng)碳素材料為主,其中大部分產(chǎn)品為石墨電極,特種石墨占比較小,由于長期以來受其他國家工藝技術(shù)和設(shè)備技術(shù)壁壘,國內(nèi)大部分企業(yè)只能生產(chǎn)中粗石墨或細(xì)顆粒石墨,等靜壓石墨則 80%的需求量依賴進(jìn)口。
3)多數(shù)企業(yè)缺乏核心競爭力
特種石墨行業(yè)內(nèi)的絕大多數(shù)企業(yè)科研投入較低,自主開發(fā)和創(chuàng)新能力較弱,缺乏具有先進(jìn)水平的核心技術(shù),缺乏研發(fā)試驗(yàn)手段。行業(yè)中只有少數(shù)骨干企業(yè)具有較強(qiáng)的自主研發(fā)能力。
4)部分特種石墨行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)快速發(fā)展
近年來,特種石墨行業(yè)的迅速發(fā)展,給行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)帶來了快速成長的機(jī)遇。行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)憑借技術(shù)和管理優(yōu)勢逐步形成強(qiáng)勢品牌,占據(jù)了穩(wěn)定的市場份額。