Графит R4340

Графит R4340 — конструкционный мелкозернистый изостатический графит марки SIGRAFINE® R4340 немецкой компании SGL Carbon. Средний размер зерна — 15 мкм, плотность — 1,72 г/см³. Такой графит одинаково ведёт себя во всех направлениях, прочнее обычного электродного графита, выдерживает резкие перепады температур и хорошо обрабатывается резанием. Из него делают детали печей и оснастки, электроды для электроэрозионной обработки, тигли, изложницы, кристаллизаторы, узлы для полупроводникового производства.

Что значит «изостатический мелкозернистый»

Графит получают из смеси прокалённого кокса и связующего (пека). Способ прессования заготовки определяет, каким получится материал:

• при выдавливании (экструзии) и прессовании в пресс-форме зёрна кокса укладываются преимущественно в одном направлении, и свойства графита вдоль и поперёк заготовки различаются;
• при изостатическом прессовании смесь сжимают в эластичной оболочке давлением жидкости одновременно со всех сторон. Изготовитель R4340 применяет холодное изостатическое прессование (Cold Isostatic Press, CIP). Зёрна ложатся хаотично, и блок получается изотропным — с одинаковыми свойствами во всех направлениях.

Затем заготовки обжигают и графитируют при температуре 2500–3000 °C. Мелкое зерно (десятки микрометров и меньше) даёт плотную однородную структуру, гладкую поверхность после обработки и позволяет изготавливать тонкостенные детали и острые кромки.

Свойства графита R4340

В актуальных опубликованных материалах SGL Carbon отдельного паспорта на R4340 нет. Значения ниже — данные изготовителя, приведённые в базе материалов Matmatch. Они полностью совпадают со столбцом марки R6340 в действующем паспорте SGL «SIGRAFINE® ISO graphite for electronic applications» (TDS EA.00, 2018):

Показатель	Единица	R4340 (R6340)
Средний размер зерна	мкм	15
Плотность	г/см³	1,72
Открытая пористость	% об.	15
Коэффициент газопроницаемости (при комнатной температуре)	см²/с	0,25
Твёрдость по Роквеллу HR 10/100	—	80
Удельное электросопротивление	мкОм·м	12
Прочность при изгибе	МПа	45
Прочность при сжатии	МПа	90
Динамический модуль упругости	ГПа	11,0
Коэффициент линейного расширения (20–200 °C)	10−6 1/К	3,2
Теплопроводность (20 °C)	Вт/(м·К)	105

В старых спецификациях R4340 встречаются чуть иные цифры: теплопроводность 90 Вт/(м·К), модуль упругости 10,5 ГПа, газопроницаемость 0,15 см²/с. Все значения — типичные средние для блоков разных размеров; у конкретного блока они могут отличаться, нормы для приёмки согласуют при заказе.

R4340 среди других марок SGL

Для сравнения — соседние марки из того же паспорта SGL. Как правило, чем мельче зерно, тем выше плотность и прочность и тем дороже графит:

Марка	Зерно, мкм	Плотность, г/см³	Изгиб, МПа	Сжатие, МПа	Теплопроводность, Вт/(м·К)
R6300 (CZ3)	20	1,73	40	85	70
R4340 / R6340	15	1,72	45	90	105
R6510 (CZ5)	10	1,83	60	130	110
R6650	7	1,84	65	150	100
R6710	3	1,88	85	170	110

R4340 — изостатическая марка среднего класса: она заметно прочнее и однороднее экструдированного графита, но дешевле сверхмелкозернистых марок. Если детали нужны особо тонкие стенки, мелкая резьба или зеркальная поверхность электрода, выбирают марки с зерном 3–10 мкм.

Чистота: очищенный графит

Для полупроводниковой, солнечной и атомной техники графит дополнительно очищают при высокой температуре в среде галогенсодержащих газов. SGL указывает для очищенных изостатических марок два уровня:

Код	Зольность	Железо, ppm	Кремний, ppm	Ванадий, ppm
P30	менее 30 ppm	0,5	менее 2	0,5
P5	менее 5 ppm	0,02	менее 1	0,01

При заказе чистого графита указывают требуемый код очистки или допустимое содержание отдельных примесей.

Где применяют графит R4340

• Электроэрозионная обработка (EDM): электроды-инструменты для прошивки штампов и пресс-форм. Благодаря изотропности электрод изнашивается равномерно.
• Печи и термообработка: нагреватели, экраны, подставки, лодочки, кассеты для вакуумных и защитных печей.
• Металлургия и литьё: тигли, изложницы, кристаллизаторы непрерывного литья цветных металлов, формы для спекания под давлением.
• Полупроводники и электроника: оснастка для выращивания кристаллов, эпитаксии, пайки и спекания.
• Конструкционные детали: опоры, направляющие, крепёж и другая оснастка для работы при высоких температурах.
• Исследования: R4340 использовался как модельный материал в научных работах по разрушению и масштабному эффекту в ядерном графите.

Особенности работы с графитом R4340

• Температура. В вакууме и инертном газе графит работает до очень высоких температур, прочность при нагреве даже растёт. На воздухе он начинает окисляться уже примерно с 400–500 °C, поэтому в окислительной среде детали защищают покрытием или газом.
• Термоудар. Малый коэффициент расширения (3,2·10⁻⁶ 1/К) и высокая теплопроводность позволяют быстро нагревать и охлаждать детали без растрескивания.
• Обработка. Графит обрабатывают твердосплавным или алмазным инструментом на высоких скоростях всухую, с мощной вытяжкой: пыль графита электропроводна и опасна для электрики станков и органов дыхания.
• Пористость. Открытая пористость 15 % — заготовки перед нагревом в высокотемпературной зоне полезно просушить, а для работы с газами и жидкостями под давлением применяют пропитанные марки.

Аналоги и замена

Марок изостатического графита с зерном около 15 мкм и плотностью 1,70–1,75 г/см³ выпускается много, в том числе в России и Азии. Подбирать замену следует по совокупности свойств — размеру зерна, плотности, прочности, электросопротивлению и зольности, а не по одному показателю. Другие марки — в разделах «Изостатический графит импортный» (например, графит R7500), «Изостатический графит» и «Мелкозернистый прессованный графит».

Частые вопросы о графите R4340

R4340 и R6340 — одно и то же?

Свойства, которые приводятся для R4340, полностью совпадают со свойствами марки R6340 в действующем паспорте SGL. По паспортным данным это равноценные материалы, но при заказе уточняется фактическая марка и паспорт на партию.

Какая предельная температура у графита R4340?

В вакууме и инертной среде графит работает при температурах, недоступных металлам. На воздухе ограничение задаёт окисление, которое начинается примерно с 400–500 °C.

Подходит ли R4340 для электродов электроэрозионной обработки?

Да, изостатический графит с зерном 15 мкм применяют для электродов-инструментов. Для самой тонкой чистовой обработки выбирают марки с более мелким зерном.

Формы поставки и заказ

Графит R4340 поставляется в виде блоков, плит, цилиндров, а также готовых деталей по чертежу. В заявке укажите:

• размеры заготовки или чертёж детали;
• требования к чистоте (без очистки, P30, P5);
• количество и срок.

Пришлите запрос — подберём заготовку с минимальным припуском на обработку.