Entegris, Inc. 是一家材料供应商 半导体 和其他高科技产业。Entegris在其 运营中拥有约7,700名员工。它在美国拥有制造、客户服务和/或研究设施, 加拿大, 中国, 德国, 以色列, 日本, 马来西亚, 新加坡, 韩国,并且 Taiwan.公司总部设在 比莱里卡,马萨诸塞州.

该公司希望通过改善几个关键工艺的污染控制来帮助制造商提高产量,包括 光刻法, 湿法蚀刻 和干净, 化学机械平面化, 薄膜沉积、批量化学处理、晶圆和标线处理和运输、以及测试、组装和包装。公司约80%的产品用于半导体行业。


产品
Entegris产品包括:净化工艺气体和流体以及周围环境的过滤产品;分配、控制或运输工艺流体的液体系统和组件;高性能材料和特种气体管理解决方案;保护半导体的晶圆载体和运输箱 晶片 免受污染和破损;以及专用石墨、碳化硅和涂层。

历史发展
该公司成立于1999年,由1966年开始运营的Fluoroware,Inc.和EMPAK,Inc.合并而成。该公司于2000年上市。

2005年8月,Entegris与Mykrolis Corporation合并,Mykrolis Corporation是一家半导体行业的过滤产品供应商。Mykrolis是由 密理博公司 在2000年。

In August 2008, Entegris acquired Poco Graphite, Inc., a 迪凯特 半导体、EDM、玻璃装瓶、生物医学、航空航天和替代能源应用中使用的专用石墨和碳化硅产品供应商。

2014年4月30日,Entegris收购 丹伯里ATMI是一家为半导体行业提供关键材料和材料处理解决方案的上市公司,总部设在美国的ATMI,以11亿美元的交易完成。

2020年12月,Entegris宣布 投资5亿美元,在台湾建造一座 进的设施。该项目预计将在三年内在高雄科学园完成。

2022年7月,Entegris以57亿美元收购了另一家美国半导体化学品公司CMC Materials Inc。此次收购的前身为Cabot Microelectronics Corp,拥有2200名员工。


产品和解决方案包括:
净化气体、流体和周围工厂环境的过滤产品
分配、控制、分析或运输工艺流体的液体系统和组件
安全储存和输送有毒气体的气体输送系统
用于高级节点沉积和清洁的专用化学品

保护半导体晶圆免受污染和破损的晶圆载体和运输箱
提供高纯度表面的特种涂层,可实现耐磨、防腐和光滑
适用于高性能应用的 石墨和碳化硅
用于保护和运输磁盘驱动器组件的运输箱和托盘


石墨
石墨(Graphite),又名黑铅,是碳的一种同素异形体,相对密度为 2.256 g/cm3。石墨不透明且触感油腻,颜色由铁黑到钢铁灰不等,形状可呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体。石墨的硬度低,化学性质稳定,同酸、碱等药剂不易发生反应,耐高温、抗腐蚀、抗热震、抗辐射、强度大、韧性好、还具有自润滑及导电、导热等物化性能,广泛应用于冶金、机械、电子、 、国防、航天航空等领域。大鳞片石墨具有更加优异的润滑、耐磨、导电导热和抗渗透性能,在高端润滑、密封及大型集成电路领域发挥关键作用。石墨可从石墨矿藏中提取,也可以以石油焦、沥青焦等为原料,经过一系列工序处理而制成。石墨可用作抗磨剂、润滑剂,高纯度石墨还被用作原子反应堆中的中子减速剂,此外该类材料还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。


简介
名称来源石墨(graphite)一词来源于希腊语中“graphein(记述、描述)“,是由于石墨为典型的层状结构,其层间结合为弱的分子间作用力(范德华引力),很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片,当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯,这就为以石墨为原材料制备石墨烯创造了有利条件。

结构组成
英国贝纳尔(J.D.Bernal)用 X 射线衍射法研究了石墨的结构。他于1924年提出理想石墨的结构,又称贝纳尔结构。碳原子六角网格 层对 层错开六角形对角线的 2/1 而平行叠合,第三层与 层位置重复,成 ABABA.......的序列。在石墨中,碳网层面的这种有规则的叠合方式,层面之间的相互关系,常称为石墨关系。从 层到第三层的 A-A 距离为石墨晶胞的 c向距离,常记为 c0。在常温下,c 0 =0.6708 nm,层间 A-B 的距离为 0.3354 nm 层面上按碳原子点阵划出许多互相连接的等边六边形,其边长为 0.1421nm。
石墨属六方晶系构造,是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键,每个碳原子与另外三个碳原子相连,六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环,伸展形成片层结构,即在碳原子面上以SP2杂化轨道电子形成的共价键及Pz轨道电子形成的金属键相连。 在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道,它们互相重叠,形成离域π键电子在晶格中能自由移动,可以被激发,所以石墨有金属光泽,能导电、传热。由于层与层间距离大,结合力(范德华力)小,各层可以滑动,所以石墨的密度比金刚石小,质软并有滑腻感。 碳原子平面间,其结合是弱的范德瓦尔键(键能17.7 kJ/mol),这种片层结构的特点决定了石墨的一系列特性,同时也为其他物质插入碳原子平面间,从而形成了一类新材料的可能性。
石墨每一网层间的距离为3.35 ?,每层间有微弱的范德华力,同一网层中碳原子的间距为1.42 ?,由于同一平面层上的碳原子间结合很强,极难破坏,所以石墨的熔点也很高,化学性质也稳定。鉴于它的特殊的成键方式,不能单一的认为是单晶体或者是多晶体,普遍认为石墨是一种混合晶体。

理化性质
石墨质软,为黑灰色,有油腻感,可污染纸张。硬度为1~2,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3~5。比重为1.9~2.3。比表面积范围集中在1-20 m2/g,在隔绝氧气条件下,其熔点在3000 ℃以上,是最耐温的矿物之一。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。此外,它还能导热。自然界中纯净的石墨是没有的,其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外,还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析,除测定固定碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量。值得注意的是,石墨晶体结构中沿不同的晶体学方向,力学性能和某些物理性质呈现出量值上的差异,这一性质称为晶体的各向异性。例如,与晶体层平行的方向电阻率为(2.5~5.0)×10-6Ω·m,与层垂直的方向电阻率为3×10-3Ω·m。 [18] 石墨单晶和石墨微晶都是各向异性的。由石墨微晶组成的多晶体炭素材料不一定是各向异性的。具有石墨微晶面取向或轴取向织构的炭素材料是各向异性的。具有石墨微晶点取向或无序取向织构的炭素材料是各向同性的。
特殊性质
石墨由于其特殊结构,而具有如下独特性质:(1)耐高温性石墨的熔点为3850±50 ℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000 ℃时,石墨强度提高一倍。
(2)导电、导热性石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。石墨
(3)润滑性石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。
(4)化学稳定性石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
(5)可塑性石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。
(6)抗热震性石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。

其他
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。 石墨是一种非金属矿物,广泛应用于电子、电器、国防、 、航空航天等领域,如电池、中子还原、人造卫星上的导电结构材料、超级电容器,是21世纪战略性新兴矿产资源。按照结晶粒度划分,天然石墨可分为鳞片石墨、隐晶石墨和块状石墨,其中,鳞片石墨较块状石墨和隐晶石墨应用更为广泛。中国主要侧重于大鳞片石墨矿的开发。值得注意的是,随着大鳞片石墨矿的不断开采和利用,细鳞片石墨矿将会成为未来主要的利用资源。因此,应该注重细鳞片石墨矿的开发与利用,提高石墨资源的利用率。
石墨又可分为天然石墨和人造石墨两大类,天然石墨来自石墨矿藏,天然石墨还可分成鳞片石墨、土状石墨及块状石墨。鳞片石墨是天然晶质石墨,其形似鱼磷状,属六方晶系,呈层状结构,具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能,可应用于制造电刷、石墨电极、石墨坩埚等石墨质产品。土状石墨又称为微晶石墨或隐晶石墨,它的使用价值不及鳞片石墨,价格较低,但其机械强度比鳞片石墨高,在制造电极、炭块、冶金和电池负极方面有较大的发展。 [21]细鳞片石墨矿中通常只含有15%~25%的大鳞片石墨。 [20]天然开采得到的石墨含杂质较多,因而需要选矿,降低其杂质含量后才能使用,天然石墨的主要用途是生产耐火材料、电刷、柔性石墨制品、润滑剂、锂离子电池负极材料等,生产部分炭素制品有时也加入一定数量的天然石墨。 [2]
人造石墨是现代炭素工业的新产物,其原料来源广泛,造成生产出来的人造石墨晶 体的聚集状态是不规则的,是一种相对紊乱堆积的多晶石墨,其具有优良的电学、热学和化学稳定性,适于生产人造石墨电极等各种人造石墨功能性材料产品。 [21]炭质炭素制品,以无烟煤和冶金焦为原料,焙烧后不必石墨化,其热导率较低而电阻率较高,没用润滑性,机械强度也很高。石墨质炭素制品则是以易石墨化的石油焦或沥青焦为原料,产品在焙烧后必须经过石墨化高位处理,其热导率高,电阻率低,灰分很低,良好的润滑性,但机械强度下降。炭素材料具有导热性好、膨胀系数低、化学性能稳定、耐腐蚀耐磨损性能良好等优势,在太阳能储热领域具有重要的应用价值。
广义上看,炭素材料应该包括金刚石、石墨、无定形碳、富勒碳及纳米碳五种碳原子的同素异形体所形成的各类材料。从晶体结构上讲,通常所说的炭素材料都是以石墨微晶为基础构成的,不过在各类炭素材料中,微晶的尺寸和微晶的三围排列的有序程度有相当大的差别。从材料的组成上看,生产炭素材料制品所采用的半石墨化原料或加入部分天然石墨或石墨碎,因而各石墨材料的理化性质(如导电导热性、润滑性、耐化学腐蚀性等)也差异很大。因此将炭素制品按理化性区分为炭质、石墨质和半石墨质 3 类。
人造石墨的种类也很多,如单晶石墨、多晶石墨、热解石墨、高定向热解石墨、聚酰亚胺合成的石墨、石墨纤维等,多数人造石墨制品属于多晶石墨一类。人造石墨中的主要产品是电弧炼钢炉及矿热电炉使用的石墨电极,石墨电极是一种耐高温、耐腐蚀的导电材料。人造石墨在其他许多工业部门也有广泛的用途,如机械工业中电机用电刷、精密铸造模具、电火花加工的模具及耐磨部件,化学工业中的电解槽使用的导电体或耐腐蚀器材,高纯度及高强度人造石墨是核工业部门的反应堆结构材料和用作导弹火箭的部件等。
石墨还可制取散热材料、密封材料、隔热材料、和防辐射材料等,石墨功能材料广泛应用于冶金、化工、机械设备、新能源汽车、核电、电子信息、航空航天和国防等行业。欧盟委员会发布的《对欧盟生死攸关的原料》报告中,将石墨列入14 种紧缺矿产原料。


应用
石墨可用于生产耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、隔热材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射材料等,这些材料广泛应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业和国防等。
耐火材料
在钢铁工业,石墨耐火材料用于电弧高炉和氧气转炉的耐火炉衬、钢水包耐火衬等; 石墨耐火材料主要是整体浇铸材料、镁碳砖和铝石墨耐火材料。石墨还用于粉末冶金和金属铸造成膜材料,石墨粉加入到钢水中增加钢的碳含量,使高碳钢具有许多优异性能。
导电材料
在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极,石墨垫圈、电话零件,电视机显像管的涂层等。
耐磨润滑材料
石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用,而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下,不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
耐腐蚀材料
经过特殊加工的石墨,具有耐腐蚀、导热性好,渗透率低等特点,就大量用于制作热交换器,反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的金属材料。
高温冶金材料
由于石墨的热膨胀系数小,而且能耐急冷急热的变化,可作为玻璃器的铸模,使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸 ,表面光洁成品率高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚,区域精炼容器,支架夹具,感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管等元件。
原子能与国防工业
石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中,铀-石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点,稳定,耐腐蚀的性能,石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高,杂质含量不应超过几十个ppm 。特别是其中硼含量应少于0.5 ppm。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴,导弹的鼻锥,宇宙航行设备的零件,隔热材料和防射线材料。
(1) 石墨还能防止锅炉结垢,有关单位试验表明,在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4~5克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。
(2) 石墨逐渐取代铜成为EDM电极的 材料。
(39) 石墨深加工产品填加到塑料产品和橡胶产品中,可使塑料制品和橡胶制品不产生静电,许多工业产品需要具有防静电和屏蔽电磁辐射功能,石墨产品兼有这两项功能,石墨在塑料制品、橡胶制品及其它相关工业产品中的应用也会增加。

此外,石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂,是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料,美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料,在国民经济中具有重要的作用。

石墨 vs. 铜

探索仍在继续：石墨还是铜？

在确定电火花加工 (EDM) 的 电极材料时，石墨和铜之间的争论似乎永无止境，远未结束。

许多人认为石墨是 电极材料，而另一些人则强烈捍卫铜的优越性。答案往往因地域而异。在北美， 电极材料已从铜转向石墨。在欧洲和亚洲，一些人坚持认为铜是 材料；然而，石墨在这些地区的使用量正在迅速增长。毫无疑问，如图 1 所示，石墨是美国的主要材料，因为至少 95% 的电极都是用这种材料制成的。过去十年，欧洲石墨使用量的快速稳定增长，使得电极材料的比例为 75% 石墨和 25% 铜。亚洲的比例与此相近，为 45% 石墨和 55% 铜，尽管石墨的使用量也在持续增长。 超过 70% 的市场更倾向于使用石墨电极材料而非铜电极材料，因此，或许更恰当的问题并非哪种电极材料 电火花加工 (EDM)，而是造成这种 行业趋势转变的原因是什么。要回答这个问题，我们必须首先了解不同材料之间的差异。石墨电极的使用情况

100
75

百分比
50
25
0
美洲
欧洲
亚洲
年份
图表 1. 过去五十年 石墨市场预计使用量。

1960

1965

每种电极材料需要考虑的因素

— 材料多样性

石墨的生产工艺使其具有多种材料特性，从而使电极材料的性能能够与电火花加工的应用相匹配。对于要求不高的应用，例如电极半径较大、公差较大或电火花加工要求较低，则可以使用颗粒较大、电阻较低且价格经济的电极。然而，对于具有关键特性、极高公差和更严格要求的精细电火花加工电极，通常会使用更高品质的石墨电极来满足其应用需求。另一方面，市面上可用的铜电极种类有限，因此难以将材料特性与电火花加工应用 匹配，从而限制了其 性能。

电极成本

在考虑材料成本时，人们通常认为铜比石墨便宜得多。如果仅考虑材料成本而不考虑电极加工成本，这种说法或许成立。此外，这种说法通常是在比较铜材料价格和市面上更昂贵的石墨材料价格之后得出的。鉴于市面上石墨材料种类繁多，某些电火花加工用石墨可能比铜更经济。即使是最昂贵的石墨材料，其加工成本通常也会抵消使用铜所节省的成本。例如，一个顶部和底部都经过研磨处理的简单电极，

仅铜材的成本为每立方英寸 4.68 美元，

而一个更高质量的石墨电极的成本为每立方英寸 6.80 美元，这意味着铜的价格高出 45%。

然而，如果将加工精细电极的成本考虑在内，情况就完全不同了。在这种情况下，石墨电极的成本将不到铜电极的 20%。

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2014

显然，加工铜材会显著增加电极的成本。

由于铜具有“延展性”，这种材料通常具有橡胶般的特性，因此必须调整传统加工的参数，例如进给量和速度，才能成功加工这种材料。最终结果是加工时间延长，成本增加。碲铜更容易加工，但这可能会影响电火花加工的性能。另一方面，石墨不具橡胶性，与铜相比，其常规加工更加容易和快捷。电极细节：铜的电流密度承受能力不如石墨；因此，铜电极的特性必须与石墨相似。事实上，石墨在高电流密度下表现出色，即使是复杂的几何形状也能轻松加工。因此，石墨电极可以用于设计各种不同的加工细节。
固定在同一电极上。同样，完成一项工作所需的电极数量也可以大幅减少。图 1 显示了一家工厂的成果，该工厂将多个电极部件集成到一个石墨电极中，而不是使用多个铜电极。使用铜电极完成这项特定工作需要 100 多个电极，而使用石墨电极则只需要不到 30 个。此外，铜电极在加工过程中需要人工清除切屑，而石墨电极经过铣削加工后表面光滑，无需清除切屑。

电火花加工性能

材料去除率 (MRR)：电极材料的热物理性质决定了其处理电火花加工能量和去除金属的能力。产生火花时，只有在电极和工件之间的间隙被打破后，峰值电流才会释放。

此时，电极发射电子，这些电子与介电液的分子碰撞。

结果，介电液汽化并形成能量通道，从而产生火花。对于铜电极而言，电子释放现象（以及随之而来的间隙碳形成）仅在铜材料熔化后才会发生。因此，铜电极的点火时间通常比石墨电极长得多。相比之下，石墨电极能够在更低的温度下发射这些电子，形成能量通道所需的时间也显著缩短。

图 1. 特定加工所需电极数量的比较。因此，石墨电极能够更快地引发火花，从而显著提高材料去除率。

电极磨损 (EW)：电极磨损是所有电火花加工操作员都关注的问题，因为过度磨损会导致需要更频繁地添加或更换电极。与铜电极相比，石墨电极在更苛刻的加工参数下，其相对于切削深度的电极磨损率仍能保持在 1% 以下。这意味着，在粗加工条件下，高电流和较长的点火时间实际上可以保护石墨电极，而铜电极在同样的设置下则会被磨损。另一方面，在低电流和低点火时间的精加工阶段，石墨电极的磨损速度往往比铜电极更快。然而，由于电极磨损与切削过程中去除的材料量相关，因此石墨电极在精加工阶段的磨损百分比仍然很低。表面光洁度 (SF)：毋庸置疑，铜电极可提供优异的表面光洁度。随着目前浸没式电火花加工技术的进步，石墨和铜电极在表面光洁度方面的差异已显著缩小。细晶粒石墨电极现在能够在与铜电极相当的电极磨损下，以更快的速度获得类似的表面光洁度。通过合理选择电极材料和机床参数，石墨电极无需粉末添加剂即可获得类似的表面光洁度，而添加粉末添加剂后也能获得相同的表面光洁度。如图 2 所示，

在试样上进行了 0.260 英寸（0.66 厘米）× 0.510 英寸（1.29 厘米）的电火花加工测试切割。右侧两个型腔的加工深度为 0.100 英寸（0.25 厘米），表面光洁度为 8 VDI。虽然使用铜电极可以实现更高的表面光洁度，但需要更低表面光洁度的电火花加工 (EDM) 加工并不常见，即使需要，通常也需要进行某种形式的电火花加工后抛光处理。

2

确定真实成本

— 这一切对我们寻找“ 电极材料”的旅程有何意义？虽然不存在适用于所有电火花加工应用的 材料，但考虑本文讨论的因素或许有助于我们更好地理解为什么石墨正成为 材料。然而，这仅仅是部分原因，因为必须进行总拥有成本计算才能确定电极材料对电火花加工操作的真实成本影响。为了确定石墨和铜电极的经济影响，我们进行了蚀刻测试并监测了其性能。根据这些测试结果，我们确定了以下几点。
或者说实际成本，并且确定了拥有成本。

确定了拥有成本。测试案例

— 这些测试的参数包括：

使用两个电极（一个粗加工电极和一个精加工电极）对相同的电极细节进行电火花加工，
加工深度为 1 英寸（2.54 厘米），

然后确定是否需要额外的电极，

才能完成加工。对于这些测试，

电极细节并非关键，为了简化操作，选择了一个标准肋条。每个

带状电极的尺寸为 0.040 英寸（0.10 厘米）厚、1.00 英寸（2.54 厘米）宽，拔模斜度为 1°。出于时间考虑，最终表面粗糙度选择为 20 VDI。将两块测试板夹在一起，电火花加工的肋条细节位于中心线上。这样可以将测试板分开，并在相应的两半上测量结果。

选择的电极材料为“超细”分类的 A 型石墨电极 EDM-3 和 C110“无氧”铜电极。为了消除任何数据分散性，这些测试使用了三种不同品牌的电极。浸没式电火花加工。此举旨在规范电火花加工性能，并通过三次测试结果的平均值提供更全面的结果。

图 2. 使用合适的石墨电极材料和适当的机床参数可获得优异的表面光洁度。

电极制备

使用标准材料和加工工艺的商用电极。这些零件的公差符合行业标准。加工程序由电极加工公司自行决定。由于材料等级已明确指定，因此不允许对石墨电极或铜电极进行任何替换。在确定这些测试的性价比时，每种等级的电极均选择成本 的，以获得最经济的成本基础。

电火花加工程序

每次测试的电火花加工程序均使用每种浸没式电火花加工的标准技术生成。对于石墨电极，采用“高质量石墨 vs. 钢”技术；对于金属电极，采用“铜 vs. 钢”技术。

此外，在每次测试切割中都实现了自适应控制功能，以模拟实际制造中的电火花加工。应用。由于电极上无法加工放电孔，因此采用外部放电管路，放电压力为 3 至 5 psi。操作人员未干预任何测试，例如“调整机器参数”。

3

数据收集

为了确定此类电极对电火花加工 (EDM) 工艺的影响，我们从每组测试中收集了数据。这些数据包括电极成本、EDM 加工时间、粗加工和精加工电极的最终磨损量以及最终表面光洁度。

电极成本：电极成本包括材料成本和加工成本。这样，就可以获得电极的总价，而不会出现各组成部分价值不均的情况。

EDM 加工时间：测试所需时间直接取自每次浸入式 EDM 的时间记录。该测量值针对 EDM 程序的每个步骤进行收集，并求和以确定从开始到结束的总时间。尽管不同机器的加工时间差异很大，但拥有成本模型考虑了三次测试的平均值。电火花加工 (EDM)。

电极磨损：所有电极在每次测试前后均进行测量，以确定蚀刻过程中的磨损量。该测量使用独立的高度规进行，并计算出相对于粗加工和精加工深度的最终磨损百分比。

表面光洁度：每次蚀刻后，使用便携式表面粗糙度仪测量表面光洁度。在每个型腔的六个点进行表面光洁度测量：型腔顶部、中部和底部各三个点；将工件旋转 90 度后，从左侧、中部和右侧各三个点进行额外测量。然后将这些测量值取平均值，得到整个蚀刻区域的最终表面光洁度。

测试结果

— 电极成本

如前所述，如果仅考虑原材料成本，铜电极可能比石墨电极更经济。然而，如果将加工成本考虑在内，结果将发生显著变化。

本次测试中，每个 EDM-3 石墨电极的成本为 15.50 美元。
C110铜电极每根售价95.00美元。

计划每次测试仅使用两根电极，
一根用于粗加工，
一根用于精加工。本次测试中使用的三台电火花加工机床中，有两台
生成了双电极程序。
然而，其中一台电火花加工机床的石墨程序
需要额外的
一根精加工电极。在这种情况下，使用了第三根
石墨电极，以减少操作人员的干预，
并降低误差。本次测试用于
确定电极的成本基础。

EDM-3电极材料和C110
均被认为是各自类别中的高品质电极材料。

当然，如果使用更便宜、质量更低的电极材料，这些成本可以降低。为了确定其价值，EDM-3石墨电极的总成本为46.50美元，C110无氧铜电极的总成本为190.00美元。

电火花加工时间

非常有趣的是，本项目中使用的三种浸没式电火花加工机床对铜电极的点火时间都远高于石墨电极。这印证了之前的论断，即铜电极需要更长时间才能打破间隙，从而降低了材料去除率。石墨电极的蚀刻速度比铜电极更快。根据所用电火花加工机床的不同，EDM-3 电极的蚀刻速度比铜电极快 28% 到 171%。考虑到三次测试的平均蚀刻时间，铜电极的平均蚀刻时间为 4 小时 29 分钟，而 EDM-3 电极的平均蚀刻时间为 1 小时 54 分钟，速度提高了 136%。为了评估电火花加工工艺的价值，我们采用每小时 55 美元的成本作为总体拥有成本模型。

图 3. 研磨电极：左侧为石墨电极，右侧为铜电极。

电极磨损

由于两种电极材料在各自的加工类别中均表现出色，因此很难确定哪种电极材料的磨损最小。如图 3 所示，对于粗加工电极，石墨电极的拐角半径大于铜电极，尽管其边缘更加光滑。铜粗加工电极的粗糙边缘使得精加工电极需要付出更大的努力才能在型腔内获得干净的蚀刻深度。在粗加工过程中，铜电极的端部磨损略小。然而，根据电极细节和机器参数，两种材料的磨损率相当。图 4 显示了石墨电极的情况相反，它减少了拐角磨损并获得了更干净的型腔。可以通过增加第三个电极来改善铜电极的拐角磨损；然而，这将进一步增加材料成本和蚀刻时间。忽略拐角磨损，石墨电极的总磨损率（粗加工和精加工）为 2.75%，而铜电极的最终磨损率为 0.42%。

图 4. 精加工电极：左侧为石墨电极，右侧为铜电极。

图 5. 型腔表面光洁度：左侧为石墨电极，右侧为铜电极。

表面光洁度：图 5 显示了每个型腔表面光洁度的 25 倍放大图。正如预期的那样，由于铜电极是无孔的实心材料，其型腔表面光洁度略高于石墨电极。然而，两种电极材料均未达到 20 VDI 的表面光洁度要求。取六个测量点的平均值，石墨电极的表面光洁度为 24 VDI，而铜电极的表面光洁度为 22 VDI。两种电极都需要进行后续抛光处理，才能使最终表面光洁度达到所需的 20 VDI。按每平方英寸表面每个 VDI 点 15 美元的估算，使用石墨电极加工的型腔的抛光成本为 60 美元，而使用铜电极加工的型腔的抛光成本为 30 美元。

成本模型

— 拥有成本模型可用于确定生产过程的货币影响。大多数情况下，在电火花加工 (EDM) 操作中，仅考虑电极材料的成本；然而，该模型还考虑了电火花加工的成本以及任何抛光成本。
根据生产效率，需要添加必要的后处理成本和可用性能。

如图 2 所示，每种电极类型的相关成本根据电火花加工 (EDM) 的主要因素进行细分。该模型按类别分解成本，并计算整个 EDM 操作的“总有效成本”。

即使增加一个石墨电极和略高的后处理抛光成本，在不考虑性能提升的情况下，总生产成本也存在明显差异。EDM-3 石墨电极的成本为 211.00 美元，而 C110 铜电极的成本为 466.95 美元，增幅达 121%。如果将性能提升带来的额外收益考虑在内，这可以视为一项收益，并进一步降低制造成本。基于此，EDM-3 的总有效成本降至 68.90 美元，而 C110 铜电极的成本仍为 466.95 美元。最终，C110 铜电极的生产成本比 EDM-3 石墨电极高出 578%。