Различия и связи между природным и искусственным графитом

1. Классификация и характеристики графита.

1.1 Природный графит

Природный графит образуется из богатого углеродом органического вещества при длительном воздействии высокой температуры и давления в геологических средах; это кристаллизация природы. Технологические характеристики природного графита в основном зависят от его кристаллической морфологии. Минералы с разной кристаллической морфологией имеют разную промышленную ценность и применение. Существует много видов природного графита. В зависимости от морфологии кристаллов природный графит в промышленности делят на три категории: плотный кристаллический графит, чешуйчатый графит и скрытокристаллический графит. В моей стране существуют в основном две основные категории: чешуйчатый графит и скрытокристаллический графит.

1.2 Искусственный графит

Искусственный графит аналогичен поликристаллическим материалам в кристаллографии. Существует множество типов искусственного графита, и процессы их производства сильно различаются. В широком смысле все графитовые материалы, полученные путем карбонизации органического вещества с последующей высокотемпературной графитизацией, можно вместе назвать искусственным графитом, например углеродное (графитовое) волокно, пиролитический углерод (графит) и вспененный графит. В узком смысле искусственный графит обычно относится к блочному твердому материалу, полученному с использованием углеродистого сырья с низким содержанием примесей (нефтяного кокса, пекового кокса и т. д.) в качестве заполнителей и каменноугольного пека в качестве связующих веществ с помощью таких процессов, как дозирование, смешивание, формование, карбонизация (промышленное прокаливание) и графитизация. Примеры включают графитовые электроды и горячее изостатическое прессование графита.

DHM-918 High-Purity Graphite Block for Manufacturing

2. Различия и связи между природным графитом и искусственным графитом.

Учитывая, что искусственный графит, производимый из природного графита, обычно используется в узком смысле, этот анализ будет сосредоточен на различиях и связях между природным графитом и искусственным графитом в этом узком смысле.

2.1 Кристаллическая структура

Природный графит: развитие кристаллов относительно завершено. Степень графитизации чешуйчатого графита превышает 98%, тогда как степень графитизации природного микрокристаллического графита обычно ниже 93%.

Искусственный графит: Степень развития кристаллов зависит от сырья и температуры термообработки. Как правило, чем выше температура термообработки, тем выше степень графитизации. В настоящее время степень графитизации промышленного искусственного графита обычно не превышает 90%.

2.2 Микроструктура

Природный чешуйчатый графит: Монокристалл с относительно простой микроструктурой, содержащий только кристаллографические дефекты (такие как точечные дефекты, дислокации, дефекты упаковки и т. д.), макроскопически демонстрирующий анизотропные характеристики. Природный микрокристаллический графит имеет более мелкие зерна, хаотично расположенные зерна и поры после удаления примесей, макроскопически демонстрируя изотропные характеристики.

Искусственный графит: можно рассматривать как многофазный материал, включающий графитовую фазу, преобразованную из углеродистых частиц, таких как нефтяной кокс или пековый кокс, графитовую фазу, преобразованную из связующего вещества каменноугольной смолы, окружающего частицы, и поры, образовавшиеся после накопления частиц или термической обработки связующего вещества каменноугольной смолы.

2.3 Физическая морфология

Природный графит: обычно существует в виде порошка и может использоваться отдельно, но обычно используется в сочетании с другими материалами.

Искусственный графит: имеет различные формы, включая порошкообразную, волокнистую и блочную формы, но в узком смысле искусственный графит обычно имеет блочную форму, и для использования его необходимо обработать до определенной формы.

2.4 Физико-химические свойства

С точки зрения физико-химических свойств природный графит и искусственный графит имеют некоторые общие черты, но также имеют различия. Например, как природный, так и искусственный графит являются хорошими проводниками тепла и электричества. Однако для графитовых порошков одинаковой чистоты и размера частиц природный чешуйчатый графит имеет лучшую тепло- и электропроводность, за ним следует природный микрокристаллический графит, а искусственный графит имеет самую низкую. Графит обладает хорошей смазывающей способностью и определенной степенью пластичности. Натуральный чешуйчатый графит с более развитой кристаллической структурой имеет более низкий коэффициент трения, что обеспечивает лучшую смазывающую способность и высочайшую пластичность. Следующими идут плотный кристаллический графит и скрытокристаллический графит, а худшим — искусственный графит.

SGL R8710 Isostatic Graphite Sheet for Industrial Use

3. Области применения природного и искусственного графита.

Графит обладает множеством превосходных свойств, поэтому находит широкое применение в металлургии, машиностроении, электротехнике, химической промышленности, текстильной и оборонной промышленности. Области применения природного и искусственного графита в некоторой степени пересекаются, но также и различаются.

3.1 Металлургическая промышленность

В металлургической промышленности природный чешуйчатый графит благодаря хорошей стойкости к окислению может быть использован для производства огнеупорных материалов, таких как магнезиально-углеродистые кирпичи и глиноземоуглеродистые кирпичи. Искусственный графит может быть использован в качестве электродов при выплавке стали, тогда как электроды из природного графита трудно использовать в жестких условиях эксплуатации электросталеплавильных печей.

3.2 Машиностроение

В машиностроении графитовые материалы широко используются в качестве износостойких и смазочных материалов. Природный чешуйчатый графит обладает хорошей смазывающей способностью и часто используется в качестве добавки к смазочным маслам. В оборудовании, транспортирующем агрессивные среды, широко применяются поршневые кольца, уплотнения и подшипники из искусственного графита, не требующие добавления смазочного масла в процессе работы. В этих областях также можно использовать композиционные материалы из природного графита и полимерных смол, но их износостойкость не так хороша, как у искусственного графита.

3.3 Химическая промышленность

Искусственный графит обладает такими характеристиками, как коррозионная стойкость, хорошая теплопроводность и низкая проницаемость, и широко используется в химической промышленности для производства оборудования, такого как теплообменники, реакционные резервуары, абсорбционные башни и фильтры. В этих областях также можно использовать композиционные материалы из природного графита и полимерных смол, но их теплопроводность и коррозионная стойкость не так хороши, как у искусственного графита.