1. Graphitklassifizierung und -eigenschaften
1.1 Natürlicher Graphit
Natürlicher Graphit entsteht aus kohlenstoffreicher organischer Substanz, wenn er in geologischen Umgebungen langfristig hohen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt wird. es ist eine Kristallisation der Natur. Die Verarbeitungseigenschaften von Naturgraphit hängen hauptsächlich von seiner Kristallmorphologie ab. Mineralien mit unterschiedlichen Kristallmorphologien haben unterschiedliche industrielle Werte und Verwendungszwecke. Es gibt viele Arten von Naturgraphit. Basierend auf unterschiedlichen Kristallmorphologien wird natürlicher Graphit industriell in drei Kategorien eingeteilt: dichter kristalliner Graphit, Flockengraphit und kryptokristalliner Graphit. In meinem Land gibt es hauptsächlich zwei Hauptkategorien: Flockengraphit und kryptokristalliner Graphit.
1.2 Künstlicher Graphit
Künstlicher Graphit ähnelt polykristallinen Materialien in der Kristallographie. Es gibt viele Arten von künstlichem Graphit und ihre Herstellungsverfahren variieren stark. Im Großen und Ganzen können alle Graphitmaterialien, die durch Karbonisierung organischer Stoffe und anschließende Hochtemperaturgraphitierung gewonnen werden, zusammenfassend als künstlicher Graphit bezeichnet werden, wie z. B. Kohlenstofffasern (Graphit), pyrolytischer Kohlenstoff (Graphit) und geschäumter Graphit. Im engeren Sinne bezieht sich künstlicher Graphit normalerweise auf ein blockiges festes Material, das aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen mit geringem Verunreinigungsgehalt (Petrolkoks, Pechkoks usw.) als Zuschlagstoffe und Kohlenteerpech als Bindemittel durch Prozesse wie Dosieren, Mischen, Formen, Karbonisierung (in der Industrie als Kalzinierung bekannt) und Graphitisierung hergestellt wird. Beispiele hierfür sind Graphitelektroden und heißisostatisch gepresster Graphit.
2. Unterschiede und Zusammenhänge zwischen natürlichem Graphit und künstlichem Graphit
Da der aus Naturgraphit hergestellte Kunstgraphit üblicherweise im engeren Sinne hergestellt wird, konzentriert sich diese Analyse auf die Unterschiede und Zusammenhänge zwischen Naturgraphit und Kunstgraphit im engeren Sinne.
2.1 Kristallstruktur
Natürlicher Graphit: Die Kristallentwicklung ist relativ abgeschlossen. Der Graphitisierungsgrad von Flockengraphit liegt über 98 %, während der Graphitisierungsgrad von natürlichem mikrokristallinem Graphit normalerweise unter 93 % liegt.
Künstlicher Graphit: Der Grad der Kristallentwicklung hängt von den Rohstoffen und der Wärmebehandlungstemperatur ab. Generell gilt: Je höher die Wärmebehandlungstemperatur, desto höher der Graphitisierungsgrad. Derzeit liegt der Graphitisierungsgrad von industriell hergestelltem Kunstgraphit meist unter 90 %.
2.2 Mikrostruktur
Natürlicher Flockengraphit: Ein Einkristall mit einer relativ einfachen Mikrostruktur, der nur kristallografische Defekte (wie Punktdefekte, Versetzungen, Stapelfehler usw.) enthält und makroskopisch anisotrope Eigenschaften aufweist. Natürlicher mikrokristalliner Graphit weist nach der Entfernung von Verunreinigungen kleinere Körner, zufällig angeordnete Körner und Poren auf und weist makroskopisch isotrope Eigenschaften auf.
Künstlicher Graphit: Kann als mehrphasiges Material betrachtet werden, einschließlich der Graphitphase, die aus kohlenstoffhaltigen Partikeln wie Petrolkoks oder Pechkoks umgewandelt wird, der Graphitphase, die aus dem die Partikel umgebenden Kohlenteerbindemittel umgewandelt wird, und Poren, die nach der Partikelansammlung oder Wärmebehandlung des Kohlenteerbindemittels gebildet werden.
2.3 Physikalische Morphologie
Naturgraphit: Liegt normalerweise in Pulverform vor und kann allein verwendet werden, wird jedoch normalerweise in Kombination mit anderen Materialien verwendet.
Künstlicher Graphit: Es gibt verschiedene Formen, einschließlich Pulver-, Faser- und Blockformen. Im engeren Sinne liegt künstlicher Graphit jedoch normalerweise in Blockform vor und muss für die Verwendung in eine bestimmte Form verarbeitet werden.
2.4 Physikochemische Eigenschaften
In Bezug auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften weisen natürlicher Graphit und künstlicher Graphit einige Gemeinsamkeiten auf, weisen aber auch Unterschiede auf. Sowohl natürlicher als auch künstlicher Graphit sind beispielsweise gute Wärme- und Stromleiter. Bei Graphitpulvern gleicher Reinheit und Partikelgröße weist jedoch natürlicher Flockengraphit die beste thermische und elektrische Leitfähigkeit auf, gefolgt von natürlichem mikrokristallinem Graphit, wobei künstlicher Graphit die niedrigste aufweist. Graphit besitzt eine gute Gleitfähigkeit und eine gewisse Plastizität. Natürlicher Flockengraphit mit seiner weiter entwickelten Kristallstruktur hat einen niedrigeren Reibungskoeffizienten, was zu bester Gleitfähigkeit und höchster Plastizität führt. Als nächstes folgen dichter kristalliner Graphit und kryptokristalliner Graphit, während künstlicher Graphit am schlimmsten ist.
3. Anwendungsgebiete von natürlichem und künstlichem Graphit
Graphit verfügt über viele hervorragende Eigenschaften und findet daher breite Anwendung in der Metallurgie, im Maschinenbau, in der Elektrotechnik, in der chemischen Industrie, in der Textil- und Verteidigungsindustrie. Die Anwendungsgebiete von natürlichem und künstlichem Graphit überschneiden sich teilweise, unterscheiden sich aber auch.
3.1 Metallurgische Industrie
In der metallurgischen Industrie kann natürlicher Flockengraphit aufgrund seiner guten Oxidationsbeständigkeit zur Herstellung von feuerfesten Materialien wie Magnesia-Kohlenstoff-Steinen und Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Steinen verwendet werden. Künstlicher Graphit kann als Elektroden in der Stahlerzeugung verwendet werden, während Elektroden aus Naturgraphit unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen von Elektrostahlöfen nur schwer einsetzbar sind.
3.2 Maschinenindustrie
Im Maschinenbau werden Graphitwerkstoffe häufig als Verschleiß- und Schmierstoffe eingesetzt. Natürlicher Flockengraphit hat eine gute Schmierfähigkeit und wird häufig als Zusatz in Schmierölen verwendet. Geräte, die korrosive Medien transportieren, verwenden häufig Kolbenringe, Dichtungen und Lager aus künstlichem Graphit, die während des Betriebs keine Zugabe von Schmieröl erfordern. Auch Verbundwerkstoffe aus Naturgraphit und Polymerharzen können in diesen Bereichen eingesetzt werden, allerdings ist ihre Verschleißfestigkeit nicht so gut wie die von Kunstgraphit.
3.3 Chemische Industrie
Künstlicher Graphit weist Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und geringe Permeabilität auf und wird in der chemischen Industrie häufig zur Herstellung von Geräten wie Wärmetauschern, Reaktionstanks, Absorptionstürmen und Filtern verwendet. In diesen Bereichen können auch Verbundwerkstoffe aus natürlichem Graphit und Polymerharzen eingesetzt werden, deren Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit jedoch nicht so gut sind wie die von künstlichem Graphit.
