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- 品牌：Poco Graphite
- 型号：块状/定制
- 价格： ￥137/块
- 发布日期： 2026-03-11
- 更新日期： 2026-04-25
| 品牌 | Poco Graphite |
| 货号 | |
| 用途 | 半导体级 |
| 型号 | PLS Graphite |
| 包装规格 | 块状/定制 |
| 别名 | |
| 外形尺寸 | 块状/定制 |
| 厂家 | Poco Graphite |
| 是否进口 |
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。
(42) 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。
电火花加工对表面完整性的影响
引言
— 保护型腔表面的完整性是当今电火花加工中最关键的方面之一。型腔表面的完整性取决于电火花加工过程中形成的热变质层。电火花加工过程涉及在电极和工件之间传递可控的放电。放电过程中施加在工件上的电流会熔化并汽化金属，从而在型腔中形成热变质层。
在了解电火花加工如何影响模具表面的完整性之前，我们必须首先了解该过程对型腔中各个热变质层的影响。电火花加工不仅会改变工件金属的表面，还会改变其次的表面层。
热影响层
— 电火花加工过程中受影响的各个层有许多不同的名称。这些层的总和统称为变化金属区。如图 1 所示，变化金属区由两个热影响材料子层组成，分别是重铸层（或称白层）和热影响退火层。
白层是指被加热到熔融状态但温度不足以被喷射到间隙中并被冲走的金属层。电火花加工实际上改变了该层的冶金结构和特性，因为未喷射的熔融金属在冲刷过程中被介电液快速冷却，并在型腔中重新凝固。该层包含一些喷射出的颗粒，这些颗粒在被冲刷出间隙之前已经凝固并重新沉积在表面上。
重新沉积层
白色层
退火层
未受影响的工件材料
图 1.
白色层中碳含量很高，以至于其结构与基材明显不同。这种碳富集发生在电极和介电液中的碳氢化合物在电火花加工过程中分解并渗入白色层时，此时材料基本上处于熔融状态。
图 2 显示了电火花加工前后基材的元素分析结果。
电火花加工后的碳含量远高于加工前的基材。
白色层下方是热影响区。该层受白层碳富集的影响极小，仅被加热，但未达到熔点。此时，热影响区保持母材的冶金结构，因为吸收的温度不足以改变其结构。热影响区下方是母材，该区域不受电火花加工工艺的影响。
白层碳富集
C
Si
Mn
Cr
Mo
Fe
其他
基材
1.55
0.055
0.3
0.03
0.02 余量
电火花加工后
19.09 12.25 2.14
余量 0.43
图 2.
微裂纹
— 模具制造商关注的主要问题是模具中存在的微裂纹数量。如图 3 所示，
白色层中微裂纹非常明显。
如果该层过厚或未被精细电火花加工或抛光去除，
则这些微裂纹的影响会导致零件在某些应用中过早失效。
此外，已知这些微裂纹的存在会降低材料的耐腐蚀性和抗疲劳性。
因此，在评估电火花加工技术的性能时，表面完整性应是首要考虑因素，
而电火花加工的主要目标必须是创造抑制这种微裂纹形成的条件。
电火花加工过程中产生的微裂纹是电火花加工周期开启阶段产生的热应力的结果。
微裂纹的深度部分由电火花加工程序控制，
随着火花强度的增加，
白色层的深度也会增加。这也会导致型腔中微裂纹的数量和尺寸增加。电火花加工工艺对表面完整性的影响可以通过当今电火花加工电源的技术进行控制。影响表面完整性的具体参数包括电压、电流、通电时间和占空比。这些参数可以进行调整，以优化粗加工、半精加工和精加工阶段的效率，并相应地控制表面完整性。由于电火花放电会产生白层和微裂纹，其深度与火花能量的强度成正比。随着火花能量的降低，例如从粗加工状态过渡到精加工状态，白层和裂纹的深度也会降低。
图 3. 横截面示意图
白色层中出现微裂纹。
工件特性
— 火花强度并非影响表面完整性的 决定因素。这还取决于工件金属的热导率。高导热金属通常比低导热材料具有更薄的白色层和更少的微裂纹。这是由于高导热材料表面的能量耗散所致。在这种情况下，我们可以预期铜合金材料由于其高导热性和延展性，其受影响层更薄，裂纹更少。相反，低导热材料（例如工具钢）的受影响层更厚，裂纹更多，因为火花强度在材料将能量耗散到周围区域之前，会在火花区域停留更长时间。
碳化物燃烧给电火花加工人员带来了另一个问题，因为这种材料非常脆，因此比其他材料更容易出现热裂纹。有些人认为这种材料具有高导电性，然而，碳化物是由碳化钨或碳化硅颗粒组成，这些颗粒通过钴粘结剂粘合在一起。正是这种粘结剂具有高导电性，并且是电火花加工过程中受影响的区域，而不是碳化物本身。火花能量会破坏粘结剂，并将碳化物颗粒释放到间隙中。
2
表面光洁度和完整性
电火花加工对表面光洁度的影响
表面光洁度和完整性是型腔质量的两个不同方面，但两者都对模具的特性起着重要作用。正如机器参数会影响型腔子层的完整性一样，它们也会影响表面光洁度。图 4 显示了电流和通电时间如何影响电火花加工 (EDM) 过程中的表面光洁度。
另一个经常被忽视但对表面光洁度有重要影响的因素是电极材料。就型腔的亚表面完整性而言，电极类型影响甚微。电极材料真正发挥作用的地方在于型腔表面本身的光洁度。型腔表面光洁度是一个可以降低制造成本和缩短交货时间，同时又能保证模具质量的领域。具有精细 EDM 表面光洁度的模具可以直接使用，而需要抛光或蚀刻的模具则会增加成本。精细的 EDM 表面光洁度是通过使用低电流和短通电时间的高频 EDM 程序实现的。电极材料的质量与 EDM 程序密切相关，才能达到预期的效果。
撇开电火花加工程序不谈，型腔表面将反映用于完成型腔加工的电极材料的质量。
材料的颗粒尺寸和相应的孔隙尺寸对材料能否获得精细表面光洁度起着至关重要的作用。
如果电极材料的结构无法产生指定的表面光洁度，电火花加工机床将继续运行，却永远无法达到所需的表面光洁度。
图 5 显示了两种材料在相同机床参数下的表面光洁度。具有更精细材料结构的超细材料提供了更光滑的表面光洁度，因此只需较少的抛光即可达到所需的表面光洁度。
微观结构较差的电极材料（例如颗粒较大或形状不规则）会造成不均匀磨损，导致型腔表面也出现不均匀的区域。
这种情况在工具钢上尤为严重；正极性
700
600
表面粗糙度 (Ra μ?inch)
500
400
300
200
100
55 安培
35 安培
25 安培
15 安培
0
2 12 50 200
微秒导通时间
图 4.
电极材料对表面粗糙度的影响
工具钢；正极性 @ 35 安培
700
600
表面粗糙度 (Ra μ?inch)
500
400
300
200
100
0
图 5.
超细
极细
2 12 25 50 100 200
微秒导通时间
适用于要求所有型腔表面粗糙度一致的多腔模具。
使用石墨电极材料时，应格外注意确保所有电极的质量一致。由于不同制造商生产的石墨等级磨损程度不同，电火花加工机床可能无法达到预设的表面光洁度。这种情况最常发生在模具制造过程中，使用不同类型的电极材料或不同品牌的电火花加工机床。
3
了解局限性
表面光洁度和表面完整性是影响模具质量的两个方面；电火花加工人员必须了解这些方面的局限性。虽然目前大多数电火花加工机床都能利用内置的标准技术实现非常精细的表面光洁度，但为了获得更高的加工精度，通常会人为地改变这些技术。
工艺优化。
如果不了解如何计算白层深度，或者电极材料如何影响电火花加工 (EDM) 工艺，那么尝试优化工艺实际上可能导致性能下降或无法生产出合格零件。
电极材料
— 为了提高高质量模具生产的成功率，模具制造商需要了解电极材料的一些特定特性，以及影响表面光洁度和完整性的电火花加工工艺的某些方面。了解这些因素将显著提高高质量模具生产的成功率。
已有许多文章介绍了可用于电火花加工的各种电极材料。
这些文章大多侧重于材料的微观结构，以及这种结构（以及材料的颗粒尺寸）如何影响最终的电火花加工表面光洁度。虽然电极材料的颗粒尺寸和微观结构的重要性不容忽视，但还有另一个特性需要考虑，那就是电极的电阻率 (ER) 值。
材料的电阻率决定了电流通过电极时所受到的阻力。
电阻率值较低的材料导电性更好，允许在电火花加工 (EDM) 中施加更多能量。相反，电阻率值较高的材料似乎会将更多的能量保留在电极内部，从而增加过热和烧蚀的风险。
图 6a. 材料样品“A” – 871 μΩ/inch。
图 6b. 材料样品“B” – 605 μΩ/inch。
虽然石墨本身对施加在电极上的电流具有固有的阻抗，但其微观结构中不同的孔隙率对特定材料的电阻率起着至关重要的作用。材料的孔隙率会极大地影响电阻率，因为这些孔隙是充满空气的空腔，具有很高的绝缘性能。
例如，图 6 展示了两种同属石墨材料类别的显微照片。材料样品“A”的电阻率为 871 μΩ/inch，而材料样品“B”的电阻率为 605 μΩ/inch。如前所述，较高的电阻率值会导致材料在电火花加工过程中保留更多的能量，因此，在与电阻率较低的材料相同的加工参数下，较高的电阻率值可能会导致更大的过烧。
4
使用铜作为电极材料可显著降低电阻率 (ER)。这是因为铜是在熔融状态下形成的，几乎没有孔隙。此外，铜是目前 的导电材料之一，因此施加到电极上的电流几乎 都能通过，只有极少部分被截留。虽然这可能使使用铜作为电极材料略有优势，但电火花加工 (EDM) 工艺的其他方面也会限制材料的性能。
电火花加工人员还可以使用石墨和铜的复合材料作为电极材料。这种材料是铜浸渍石墨，即将熔融的铜注入石墨材料的孔隙中。这样做的好处不仅在于提高了材料强度，还降低了电阻率，因为孔隙中的铜将绝缘孔隙转变为导电孔隙。这些材料在加工碳化物、钛合金或铜合金等特殊金属工件时非常有用。
图 7 展示了铜浸渍石墨的显微照片。该材料的电阻率为 177 μΩ/inch，远低于图 6 中所示材料的电阻率。电极较低的电阻率允许在电火花加工中施加更大的能量，并减少电极内部的能量残留。这样做的好处通常是更高的金属去除率和更少的过烧。
火花能量
— 火花能量由三个因素决定：电压、电流和通电时间。这三个因素对表面完整性的影响各不相同，可以通过调整来改变这种影响。然而，必须指出的是，改变这些因素中的任何一个不仅会改变表面光洁度和完整性，还可能影响电火花加工的整体性能，包括金属去除率和电极磨损。
电压
在电流能够在电极和工件之间流动之前，开隙电压会升高，直到在介质液中形成电离路径。一旦电流开始流动，电压就会下降，直到稳定在工作间隙电压水平。工作间隙电压是指电极前缘与工件之间的距离。
图 7. 材料样品“B” – 177 μΩ/in
ch.
工件，由电火花加工操作员或电火花加工机床内部的技术预设。较高的工作间隙电压设置会增加间隙，从而在稳定切削的同时提供更好的冲洗条件。较低的工作间隙电压设置会缩小间隙，通常会导致金属去除量增加。在这种设置下，火花能量被压缩到电极和工件之间较小的距离内。虽然这确实可以提高加工速度，但这种火花压缩也会增加热影响层的深度，并增加金属变化区。
电流
讨论电流时，通常关注的是在完整火花周期内施加到电极的平均电流。这样做的目的是为了防止电流过大而损坏电极。就表面完整性而言，所考虑的电流是峰值电流。峰值电流是电源在每个启动脉冲期间施加的 电流。例如，如果电火花加工程序要求粗加工状态下电流为 40 安培，占空比为 50%，则整个加工周期内的平均电流约为 20 安培。
然而，在考虑峰值电流时，占空比不再是影响因素，所考虑的电流将始终为 40 安培，与占空比无关。随着电流的增加，型腔的白色层会变厚，型腔内会形成更深的碳层。图 8 展示了两种不同电流下电火花加工的差异：上图所示的电火花加工电流为 5 安培，下图所示的电火花加工电流为 25 安培。
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通电时间
电火花加工周期的通电时间是指峰值电流施加到电火花加工工件上的时间。如图 9 所示，通电时间直接影响型腔的表面光洁度，较长的通电时间会导致型腔表面比短通电时间更粗糙。电火花加工循环中的通电时间是去除材料并影响型腔完整性的主要因素。电流和电压在这种情况下是次要的，它们通过通电时间影响电火花加工过程。
出于同样的原因，较长的通电时间会导致型腔表面更粗糙；过长的通电时间还会导致金属加工区域更厚。随着火花能量的热量传递到型腔中，未受影响的材料开始升温，最终熔化，并最终被喷射到电火花加工间隙中。随着通电时间的增加，能量会进一步传递到材料内部，改变电火花加工切口下方亚表面层的性质（图 9）。
确定改变的金属区域
— 目前大多数电火花成型机制造商都在其发生器中开发了用于计算和控制改变金属区域深度的技术。这些技术应尽可能利用，因为它们是专门为特定制造商开发的。
然而，电火花成型机中的技术通常会预留一定的安全系数，并计算出型腔内会保留少量材料，以确保能够获得最终所需的表面光洁度。为了 限度地提高电火花加工的效率，电火花加工操作员通常会使用公式来计算改变的金属区域，从而确定施加到切割上的能量。
如前所述，能量由电压、电流和导通时间的组合得出，通常以焦耳为单位。能量的计算公式如下：E = V × A × μS = 焦耳；其中，E = 能量；V = 电压；A = 电流；μS = 导通时间（微秒）。
如果电火花加工 (EDM) 的程序设定为 80 伏电压、20 安电流和 200 微秒的导通时间，则计算结果为 80 × 20 × 0.0002 = 0.32 焦耳。
在这种情况下，施加到加工腔体的能量为 0.32 焦耳。
图 8a：施加到 EDM 加工腔体的电流为 5 安。
图 8b：施加到 EDM 加工腔体的电流为 25 安。
12 μS
50 μS
图 9. 通电时间决定火花坑的深度。通电时间越长，热影响层越深。
6
7
根据图 10 中的图表，可以确定：
如果使用 5 μm 的电极材料，则此示例将导致金属改变区深度约为 30 μm (0.0012”)。
如果电极材料是铜，则金属改变区的深度约为石墨电极的两倍，为 60 μm (0.0023”)。
这是为什么呢？记住，铜电极本质上是纯导体，由于其电阻率非常低，因此在电火花加工中施加的能量更多。
切割中施加的能量越多，金属改变区就越深。
控制火花能量——
如前所述，火花能量取决于电火花加工 (EDM) 过程中使用的电压、电流和通电时间。那么，如果我们想要改变 EDM 参数以优化应用，会发生什么呢？
如何在应用过程中保持稳定的火花放电？
我们能否控制火花能量及其对表面完整性的影响？
答案是肯定的。
关于控制火花能量，我们必须同样考虑影响火花能量的因素以及这些因素之间的相互作用。
例如，电火花成型机将根据操作员提供的输入生成机器程序。
通常，这些程序能够提供足够的性能，在作业参数范围内完成电火花加工。
然而，由于市场上存在多种不同的电火花电极材料，
生成的程序可能并非 ，从而导致生产损失。
假设一个电火花加工程序生成的初始机器设置为：
80伏，40安，
100微秒的通电时间。
电压 (V) 80 80 80 60 60 60
电流 (A) 20 40 80 27 54 108
导通时间 (μS) 200 100 50 200 100 50
公式
V × A × μS = E
80 × 20 ×
0.0002
80 × 40 ×
0.0001
80 × 80 ×
0.00005
60 × 27 ×
0.0002
60 × 54 ×
0.0001
60 × 108 ×
0.00005
总能量 (J) 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32
图 11
图 10
0 0.05 0.1 0.2 0.15 0.25 0.3 0.35 0.4
80
70
60
50
40
30
20
10
0
焦耳
变化金属区
Dmax（微米）
铜
10 μm 石墨 5 μm 石墨
使用能量计算公式，这相当于
0.32 焦耳的能量施加到切割上。
您是否知道还有其他几个机器
参数也可以施加相同量的能量到切割上？
例如，图 11 展示了不同的电火花加工 (EDM)
参数，这些参数将在电火花加工切割中产生相同量的能量。
因此，如果使用相同的电极材料，
那么每个参数都可以在
金属去除率、烧蚀、重铸和表面光洁度方面提供相同的电火花加工性能。
然而，这些结果可能会因电极材料的电阻率不同而有所差异。
利用这些信息，可以针对所使用的电极材料优化机器参数。
这样既能提高性能，又不会损害表面完整性。
