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高純石墨的用途有哪些

lgshimo — Wed, 02 Apr 2025 13:20:42 +0000

高純石墨（純度通常≥99.9%）因其優(yōu)異的物理化學性質(zhì)（如高導電/導熱性、耐高溫、抗熱震、化學惰性等），在多個高科技和工業(yè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用。以下是其主要用途分類及典型場景：

半導體與電子工業(yè)

晶圓制造：用于單晶硅生長爐的加熱器、保溫罩和坩堝（如碳化硅涂層石墨），因其高溫穩(wěn)定性可減少雜質(zhì)污染。

離子注入與刻蝕：作為關(guān)鍵部件的承載托盤，需耐等離子體腐蝕。

光電器件：LED外延片的MOCVD設(shè)備中，石墨基座用于均勻加熱襯底。

光伏產(chǎn)業(yè)：生產(chǎn)多晶硅的鑄錠爐內(nèi)，高純石墨用于熱場系統(tǒng)（如加熱器、隔熱層）。

2、核能領(lǐng)域

反應(yīng)堆慢化劑：在高溫氣冷堆中，石墨作為中子減速劑，高純度可降低中子吸收。

反射層材料：包裹堆芯，反射中子以提高反應(yīng)效率。

核廢料處理：用于高溫處理放射性廢料的耐腐蝕容器。

3、高溫冶金與材料加工

真空熔煉：鎢、鉬等難熔金屬的熔煉坩堝，或作為真空爐的發(fā)熱體（如石墨棒）。

連鑄結(jié)晶器：鋼水連鑄時，石墨模具耐高溫且潤滑性減少金屬粘連。

碳化硅單晶生長：物理氣相傳輸（PVT）法中，石墨坩堝承載原料并維持高溫環(huán)境。

4、化工與電化學

氯堿工業(yè)：電解槽中用作耐腐蝕電極（替代部分金屬陽極）。

電化學加工：高精度電極用于復雜零件加工（如航空航天渦輪葉片）。

耐腐蝕設(shè)備：反應(yīng)釜、管道的內(nèi)襯材料，抵抗強酸、強堿環(huán)境。

5、航天與軍工

火箭發(fā)動機：噴管喉襯采用高強石墨，耐受超高溫燃氣沖刷（如某些固體燃料火箭）。

熱防護系統(tǒng)：重返大氣層飛行器的鼻錐或翼前緣，利用石墨抗燒蝕特性。

復合材料：作為碳/碳復合材料的增強基體，用于剎車盤或高溫結(jié)構(gòu)件。

6、新能源與儲能

燃料電池雙極板：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，石墨板導電且耐腐蝕。

鋰電負極材料：高純微晶石墨用于高端鋰電池，提升循環(huán)壽命（需與人造石墨區(qū)分）。

核聚變裝置：實驗堆（如ITER）中面向等離子體的第一壁材料，承受極端熱負荷。

7、精密儀器與科研

分析儀器：原子吸收光譜儀的電極，或X射線衍射儀的樣品支架。

真空系統(tǒng)：高溫爐內(nèi)的隔熱部件，或分子束外延（MBE）設(shè)備的加熱元件。

超導材料制備：用于生長超導單晶（如釔鋇銅氧）的高溫環(huán)境構(gòu)建。

8、其他高端應(yīng)用

熱管理材料：5G基站散熱片或高功率芯片的熱界面材料（TIM）。

涂層材料：高純石墨粉用于耐高溫涂層，保護金屬部件。

六?擁有各類先進的?產(chǎn)設(shè)備，具有各類?墨制品及配套?屬五?件的批量?產(chǎn)能?，??現(xiàn)有?精密數(shù)控加?中?數(shù)控?床數(shù)控銑床?型平?磨床鋸床等專業(yè)的?墨?產(chǎn)設(shè)備100余臺并具有?主研發(fā)的?墨產(chǎn)品專?機械設(shè)備，擁有20余項專利技術(shù)。

主營產(chǎn)品：?墨坩堝?墨匣缽?墨板?墨棒?墨粉?墨電極?墨模具?墨熱場?墨烯?墨轉(zhuǎn)??墨軸承?墨環(huán)?墨柱?墨顆粒?墨加?件?墨套?墨紙增碳劑?墨炊具熱解?墨真空泵碳?真空爐?墨件?墨加?件碳碳復合材料?墨??墨氈等?系列?墨材料延伸產(chǎn)品。?泛應(yīng)?于電?冶?有??屬光伏半導體鋼鐵等領(lǐng)域。

石墨課堂—炭素材料的化學性質(zhì)

lgshimo — Wed, 02 Apr 2025 13:17:45 +0000

1、氧化反應(yīng)

炭素陽極在低溫下是極惰性的，但隨著溫度的提高其化學活性急劇增加，大約從350℃開始氧化，而且會隨著金屬雜質(zhì)含量和熱處理溫度的不同而有差異，微量雜質(zhì)Na、K、Mg、Ca、Fe、CuV、A1、Ti、B、Mn、Ni的存在會明顯的加速氧化反應(yīng)，因此，減少陽極中微量元素的含量對降低陽極消耗十分重要。

電解鋁生產(chǎn)過程中，陽極底部存在一個明顯的氣膜層，發(fā)生碳與二氧化碳的氣固反應(yīng)，它的反應(yīng)速度與氣體分子向陽極內(nèi)部擴散的速度有關(guān)。如果陽極材料的氣孔率高，特別是開口氣孔多，氣體分子容易擴散到材料內(nèi)部，參與反應(yīng)的表面積大，氧化速度加快，提高炭素陽極的密度可以有效地降低氧化消耗。

2、碳化物的生成

在高溫下，碳溶解于 Fe、Al、Mo、Cr、Ni、V.Ti等金屬和B、Si等非金屬中生成碳化物。碳與堿金屬、堿土金屬及稀土類元素生成鹽類碳化物，一般為絕緣體，大部分穩(wěn)定性好。在停槽大修的陰極上容易看到黃色的碳化鋁。

高純石墨密度是多少

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 14:45:23 +0000

高純石墨的密度與其生產(chǎn)工藝石墨化程度及微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通常在 1.6~2.25 g/cm3 范圍內(nèi)變化。高純石墨的密度是衡量其質(zhì)量的核心指標之一，需根據(jù)具體應(yīng)用場景優(yōu)化工藝（如提高成型壓力延長石墨化時間）以實現(xiàn)目標密度。對于超高性能需求（如半導體級），密度需＞2.0 g/cm3，同時需兼顧純度（≥99.99%）和結(jié)構(gòu)一致性：

1、理論密度與實際情況

理想單晶石墨密度：2.26 g/cm3（理論最大值，對應(yīng)完美層狀結(jié)構(gòu)）。

實際高純石墨密度：

常規(guī)高純石墨：1.7~1.9 g/cm3（常見工業(yè)級，存在微孔和缺陷）。

高密度石墨：1.9~2.15 g/cm3（等靜壓成型+高溫處理，用于半導體熱場部件）。

單晶/熱解石墨：接近理論值（≥2.2 g/cm3，特殊工藝制備，成本極高）。

2、典型應(yīng)用場景的密度要求

半導體單晶爐熱場：≥1.85 g/cm3（高密度低揮發(fā)，確保熱場穩(wěn)定性）。

核反應(yīng)堆慢化材料：1.7~1.8 g/cm3（兼顧中子吸收截面和機械強度）。

EDM（電火花加工）電極：1.6~1.75 g/cm3（較低密度利于加工，成本敏感）。

燃料電池雙極板：1.8~2.0 g/cm3（需高氣密性，減少氫氣滲透）。

3、密度與其他性能的關(guān)聯(lián)

導電/導熱性：密度越高，石墨晶體結(jié)構(gòu)越完整，導電/導熱性能越接近理論值。

機械強度：密度＞1.9 g/cm3時，抗折強度可達40~60 MPa（適用于高溫承重部件）。

抗氧化性：高密度石墨表面孔隙少，氧化速率較低（1600℃空氣中失重率＜1%/h）。

4、測量方法

阿基米德排水法：常用標準（ASTM C838），精度±0.02 g/cm3。

X射線斷層掃描（CT）：分析內(nèi)部孔隙分布，間接評估密度均勻性。

高純石墨生產(chǎn)工藝是什么

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 14:38:32 +0000

高純石墨（純度通常≥99.9%）是高端工業(yè)領(lǐng)域（如半導體、光伏、核工業(yè)、航空航天等）的關(guān)鍵材料，其生產(chǎn)工藝復雜，核心在于原料提純和高溫石墨化處理。通過工藝，高純石墨可實現(xiàn)從原料到成品的全流程控制，滿足不同領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿膰揽列枨?。以下是典型的生產(chǎn)工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)點：

1、原料選擇與預處理

原料：以石油焦、瀝青焦或針狀焦為主，要求初始灰分低（雜質(zhì)少）。

預處理：

煅燒：在1200-1400℃下煅燒，脫除揮發(fā)分（水分、硫、氮等），提高碳含量。

粉碎與篩分：將原料粉碎至微米級顆粒（如10-20μm），確保后續(xù)混合均勻性。

2、配料與成型

黏結(jié)劑添加：加入煤瀝青或樹脂作為黏結(jié)劑（比例約15-30%），混合均勻。

成型工藝：

等靜壓成型：高壓（100-200 MPa）下壓制成坯體，確保結(jié)構(gòu)致密。

擠壓成型：用于生產(chǎn)長條或管狀石墨。

模壓成型：適合復雜形狀，但密度可能略低。

3、焙燒

溫度控制：在保護氣氛（如氮氣）下緩慢升溫至800-1000℃，耗時數(shù)天至數(shù)周。

目的：使黏結(jié)劑碳化，形成初始碳結(jié)構(gòu)，同時排除殘余揮發(fā)物。

4、提純（關(guān)鍵步驟）

高溫提純（主流方法）：

設(shè)備：使用石墨化爐（如艾奇遜爐、內(nèi)串式爐）。

溫度：2500-3000℃，在惰性氣體（氬氣）或真空環(huán)境中，使金屬雜質(zhì)（Fe、Al等）氣化逸出。

效果：純度可達99.99%以上，但能耗極高（噸耗電約1萬度）。

化學提純（輔助或特定場景）：

酸洗：使用HF、HCl混合酸溶解硅酸鹽及金屬氧化物。

堿洗：NaOH處理去除酸性雜質(zhì)。

水洗與干燥：徹底去除殘留試劑，避免二次污染。

5、石墨化

工藝：在2800-3200℃高溫下，通過熱活化使無定形碳轉(zhuǎn)化為有序石墨晶體結(jié)構(gòu)。

設(shè)備：

艾奇遜爐：傳統(tǒng)工藝，周期長（10-20天），溫度梯度大。

連續(xù)式石墨化爐：效率高，但設(shè)備成本昂貴。

結(jié)果：顯著提升導電性、熱導率和化學穩(wěn)定性。

高純石墨灰分的測定標準是什么

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 14:14:44 +0000

高純石墨灰分的測定標準主要涉及國內(nèi)外行業(yè)標準和檢測方法：

中國國家標準與行業(yè)標準：

1、YB/T 5146-2022

標準名稱：《高純石墨制品灰分的測定》

適用范圍：適用于灰分小于0.1%的石墨制品，涵蓋高純石墨及核石墨。

2、GB/T 1429-2009

標準名稱：《炭素材料灰分含量的測定方法》

通用方法：適用于各類炭素材料，包括石墨，通過高溫灼燒法測定灰分。

3、替代標準說明

GB 6157-1985（已作廢）和YB/T 5146-2000（被2022版替代）需注意使用最新版本。

國際標準：

1、ASTM C561-2023

標準名稱：《Standard Test Method for Ash in Graphite》

檢測步驟：

樣品在750℃馬弗爐中灼燒至恒重，灰分通過殘余物質(zhì)量計算。

適用于導電性石墨材料，精度高且操作規(guī)范。

2、ISO 8005-2005

標準名稱：《鋁生產(chǎn)用碳素材料生焦和煅燒焦灰分含量的測定》

適用場景：涉及高溫工業(yè)中石墨材料的灰分測定，需配合惰性氣體保護。

其他相關(guān)標準：

行業(yè)標準：

JB/T 9141.5-2020：柔性石墨板材的灰分測定方法，適用于工業(yè)密封材料。

YS/T 63.19-2012：鋁用炭素材料的灰分檢測，涵蓋石墨電極等產(chǎn)品。

國際補充：

ASTM D482：石油產(chǎn)品灰分測定方法，可參考用于石墨復合材料的檢測。

高純石墨電阻率怎么測量呢

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 14:06:16 +0000

高純石墨的電阻率測量需要根據(jù)其形態(tài)（如塊狀、涂層或粉末）及精度要求選擇合適的方法，以下是幾種常用測量方法及其操作要點：

四探針法（最常用，適合塊狀/片狀石墨）：

原理是通過四個等間距探針接觸樣品表面，外側(cè)兩探針通恒定電流，內(nèi)側(cè)兩探針測電壓，消除接觸電阻影響，適用于導電性良好的材料。

1、樣品準備：將石墨加工成平整的塊狀或片狀（厚度均勻，表面清潔）。

2、探針校準：確保探針間距精確（常用間距1mm）。

3、測量：施加恒定電流（如10mA），記錄電壓值，根據(jù)公式計算電阻率。

4、標準參考：符合 GB/T 24521-2009（炭素材料電阻率測試方法）。

范德堡法（適合不規(guī)則形狀樣品）：

原理是通過樣品四個對稱觸點測量多組電壓和電流，計算電阻率，無需嚴格形狀要求。

1、在樣品邊緣制備四個歐姆接觸點。

2、依次通電流并測量電壓，通過公式計算。

3、優(yōu)勢無需精確樣品尺寸，適合薄片或異形石墨。

Graphite nozzle seat

高溫電阻率測量（針對高溫應(yīng)用場景）：

設(shè)備要求：高溫探針臺（可加熱至2000℃以上）、惰性氣體保護（防止石墨氧化）。

1、將樣品置于高溫爐中，通入氬氣或氮氣。

2、使用耐高溫探針（如鎢針）接觸樣品。

3、升溫至目標溫度，穩(wěn)定后測量電流-電壓曲線。

六?擁有各類先進的?產(chǎn)設(shè)備，具有各類?墨制品及配套?屬五?件的批量?產(chǎn)能?，??現(xiàn)有?精密數(shù)控加?中?、數(shù)控?床、數(shù)控銑床、?型平?磨床、鋸床等專業(yè)的?墨?產(chǎn)設(shè)備100余臺、并具有?主研發(fā)的?墨產(chǎn)品專?機械設(shè)備，擁有20余項專利技術(shù)。

主營產(chǎn)品：?墨坩堝、?墨匣缽、?墨板、?墨棒、?墨粉、?墨電極、?墨模具、?墨熱場、?墨烯、?墨轉(zhuǎn)?、?墨軸承、?墨環(huán)、?墨柱、?墨顆粒、?墨加?件、?墨套、?墨紙、增碳劑、?墨炊具、熱解?墨、真空泵碳?、真空爐?墨件、?墨加?件、碳碳復合材料、?墨?、?墨氈、等?系列?墨材料延伸產(chǎn)品。?泛應(yīng)?于電?、冶?、有??屬、光伏、半導體、鋼鐵等領(lǐng)域。

高純石墨標準是什么

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 13:57:18 +0000

高純石墨的標準主要涉及其純度、物理化學性能及檢測方法，以確保其滿足不同工業(yè)領(lǐng)域的特殊需求。

高純石墨的定義與核心指標：

高純石墨是指碳含量超過99.9%的石墨材料，雜質(zhì)含量極低（如灰分通常低于50ppm，高端型號可低于5ppm）。其核心性能指標包括：

1、純度：通過灰分含量、氧含量、金屬雜質(zhì)（如鐵、鈣、鈉等）檢測確定。

2、物理性能：

顆粒度與密度：影響材料的機械強度和耐高溫性能。

熱膨脹系數(shù)：需極低（通常＜5×10??/℃），以保證高溫下的尺寸穩(wěn)定性。

電導率與導熱性：決定其在電子和散熱領(lǐng)域的適用性。

3、化學穩(wěn)定性：需耐受強酸、強堿及高溫氧化環(huán)境。

4、機械性能：如抗彎強度、掉屑率等，直接影響使用壽命。

國內(nèi)外主要標準規(guī)范：

1、中國標準：

GB/T 5015-2008《高純石墨》：明確規(guī)定了石墨的純度、密度、熱膨脹系數(shù)、電導率等指標，并制定了相應(yīng)的檢測方法。

2、國際標準：

美國ASTM D7219-06：對高純碳石墨材料的分類、用途及性能（如氧化亞鐵殘留量、導熱性）進行了詳細規(guī)范。

其他標準：如日本JIS標準、歐盟EN標準等，均對高純石墨的雜質(zhì)含量和熱穩(wěn)定性提出要求。

檢測方法與等級劃分：

1、檢測項目：

灰分測試：通過高溫灼燒測定非碳物質(zhì)含量。

光譜分析：檢測金屬雜質(zhì)（如ICP-MS技術(shù)）。

熱性能測試：包括熱膨脹系數(shù)、耐熱性（如3000℃下的穩(wěn)定性）。

2、等級劃分：

根據(jù)純度、顆粒度、密度等指標分為不同等級，例如：

普通高純石墨：碳含量＞99.9%，灰分＜50ppm。

超高純石墨：碳含量＞99.99%，灰分＜10ppm，用于半導體、核工業(yè)等尖端領(lǐng)域。

高純石墨坩堝用途是什么

lgshimo — Tue, 01 Apr 2025 13:50:18 +0000

高純石墨坩堝是一種由高純度石墨材料制成的高溫容器，其獨特的性能使其在多個高端工業(yè)和科研領(lǐng)域具有重要用途，主要包括以下方面：

1、高溫熔煉與冶金

貴金屬提純：用于熔煉金、銀、鉑等貴金屬，高純度石墨避免污染。

高純合金制備：在真空或惰性環(huán)境中熔煉鈦、鉬、鎢等高溫金屬及其合金。

半導體材料：提純硅、鍺等半導體原料，確保極低雜質(zhì)含量。

2、晶體生長

單晶硅生產(chǎn)：用于光伏和半導體行業(yè)，在CZ（直拉法）單晶爐中盛裝熔融硅，純度直接影響硅晶質(zhì)量。

合成寶石：如藍寶石晶體（用于LED襯底、光學窗口）的生長容器。

3、化學與材料研究

高溫反應(yīng)容器：耐受強酸、強堿及腐蝕性氣體（如氟氣），用于合成碳化硅、氮化硼等先進陶瓷。

納米材料制備：在石墨烯、碳納米管合成中提供穩(wěn)定高溫環(huán)境。

4、光伏與半導體制造

多晶硅鑄錠：在定向凝固爐中盛裝硅料，純度影響太陽能電池效率。

芯片材料加工：用于IIIV族化合物（如砷化鎵）的熔融處理。

5、核工業(yè)

核燃料處理：熔融鈾、釷等放射性材料，石墨的中子慢化特性適用于核反應(yīng)環(huán)境。

6、特種玻璃制造

光學玻璃熔融：用于熔制低氣泡、高均勻性玻璃，如相機鏡頭、光纖預制棒。

石墨課堂—炭素材料的電磁學性質(zhì)

lgshimo — Mon, 31 Mar 2025 10:32:32 +0000

在電的傳遞上，物質(zhì)可以分為電的良導體、半導體和絕緣體三類。它們導電能力的大小一般用電阻率(p)來表示。石墨晶體在層面方向上碳原子之間的結(jié)合是共價鍵疊合金屬鍵所以在石墨層面方向有良好的導電性，而在石墨晶體的層與層之間是由較弱的分子鍵連結(jié)所以導電能力弱。因此，石墨化程度高的炭素材料的導電能力有明顯的各向異性。

例如，天然鱗片石墨和熱解石墨的各向異性比可高達10^4。人造石墨制品的電阻率各向異性比只有1.2~1.4.各種炭素材料的導電能力是不同的，石墨化度高，層面排列近于平行，晶體缺陷少，有利于自由電子流動,所以電阻率就低。一些常用炭素材料的電阻率列于表1-9.炭素陽極作為鋁電解的導電材料，要求具有良好的導電性、較低的電阻率，以減少陽極的申耗，提高鋁電解的電流效率。電阻率與煅后焦的煅燒程度、陽極的體積密度及焙燒溫度有直接的關(guān)系。

炭素材料導電性隨溫度的變化受兩方面因素的制約。一方面石墨晶體受熱時，在價帶上的電子激發(fā)躍遷到導帶上,成為自由電子,自由電子的數(shù)量增多,電阻率減小;另一方面,溫度升高時，晶格點陣的熱振動加劇，振幅增大，自由電子的流動阻力加大，電阻率增加。所以，當溫度使電子激發(fā)作用起主導時,炭素材料的電阻溫度系數(shù)為負值，而當晶格熱振動起主導作用時,電阻溫度系數(shù)為正值。石墨的電阻溫度系數(shù)在100~900K以下時為負值，而在900 K 以上時為正值。

石墨課堂—炭素材料的熱學性質(zhì)

lgshimo — Sun, 30 Mar 2025 09:28:46 +0000

炭素材料的熱學性質(zhì)表示材料受熱后引起變化的關(guān)系，通常用熱導率、熱膨脹系數(shù)和抗熱震性來表征。

熱導率

在固體材料中，熱傳導有兩種方式。一種是由自由電子流動而實現(xiàn)，多數(shù)金屬是屬于這一類。另一種是靠晶格原子的熱振動,非金屬包括炭素材料在內(nèi)屬于晶格導熱體。晶格熱振動的原理是:在一定溫度下，晶體中原子的熱振動有一定振幅，一個原子振動就會對鄰近原子施加周期性作用力，如果鄰近原子處在較低溫度，振動振幅相應(yīng)較小，相互作用的結(jié)果發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，這樣就使熱量由熱端向冷端傳遞。炭素材料的導熱是靠晶格原子的熱振動傳熱的晶格導熱體。

炭素材料的熱導率有以下列特點:

石墨的熱導率呈現(xiàn)各向異性，因為在石墨晶體中晶格波主要沿晶格網(wǎng)平面?zhèn)鬟f的，而且在平面上還有π電子作用。

炭素材料的熱導率熱導率與石墨化度有密切關(guān)系，石墨化度愈高，則熱導率愈高。因為在常溫或低于常溫時，晶格波平均自由程與微晶尺寸成正比，而且炭素材料的晶格缺陷也對晶格波平均自由程有影響。盡管炭材料和石墨材料的比熱容相差不多，但熱導率可以相差幾倍至幾十倍。石墨材料是一種良好的導熱體,它的熱導率可與一些金屬媲美,但另一些炭素材料(如多孔炭、炭布、炭氈等)卻為高溫隔熱體。

2、熱膨脹系數(shù)

固體材料的長度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹或線膨脹。線膨脹系數(shù)直接影響著材料在高溫下的使用性能，線膨脹系數(shù)越大的產(chǎn)品受熱變形越大，開裂的可能性越大，熱處理成品率就越低。當炭素材料用于工作溫度高、變化幅度大，而要求材料尺寸無明顯變化的場合時,α值就成為重要的質(zhì)量指標之一。炭素材料的線熱膨脹系數(shù)比金屬小得多，而且石墨化程度愈高，線熱膨脹系數(shù)愈小。炭素材料的線熱膨脹系數(shù)具有明顯的各向異性。

3、抗熱震性

炭和石墨制品在高溫下使用時能經(jīng)受溫度的劇烈變化而不被破壞的性能，稱為抗熱震性，有時也稱耐急冷急熱性或熱穩(wěn)定性。熱膨脹性質(zhì)的存在是制品在溫度劇烈波動時破壞的根本原因，制品的表面由高溫急劇冷卻時，會因其收縮而產(chǎn)生張應(yīng)力;反之，在制品表面經(jīng)受急熱時則會因其膨脹而產(chǎn)生剪切應(yīng)力。當溫度劇烈波動時，制品內(nèi)部及表面產(chǎn)生了溫度差，因而也就產(chǎn)生了應(yīng)力(內(nèi)部及表面的膨脹和收縮不同所引起的)。當應(yīng)力達到了制品的極限抗張強度或極限抗剪切強度時，制品也就產(chǎn)生了開裂，這是溫度急劇波動時制品遭受破壞的實質(zhì)。