1. Ταξινόμηση και Χαρακτηριστικά Γραφίτη
1.1 Φυσικός γραφίτης
Ο φυσικός γραφίτης σχηματίζεται από οργανική ύλη πλούσια σε άνθρακα υπό μακροχρόνια έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση σε γεωλογικά περιβάλλοντα. είναι μια αποκρυστάλλωση της φύσης. Τα χαρακτηριστικά επεξεργασίας του φυσικού γραφίτη εξαρτώνται κυρίως από την κρυσταλλική του μορφολογία. Τα ορυκτά με διαφορετικές κρυσταλλικές μορφολογίες έχουν διαφορετικές βιομηχανικές αξίες και χρήσεις. Υπάρχουν πολλοί τύποι φυσικού γραφίτη. Με βάση διαφορετικές μορφολογίες κρυστάλλων, βιομηχανικά, ο φυσικός γραφίτης χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες: πυκνός κρυσταλλικός γραφίτης, νιφοειδής γραφίτης και κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης. Στη χώρα μου, υπάρχουν κυρίως δύο μεγάλες κατηγορίες: νιφάδα γραφίτη και κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης.
1.2 Τεχνητός γραφίτης
Ο τεχνητός γραφίτης είναι παρόμοιος με τα πολυκρυσταλλικά υλικά στην κρυσταλλογραφία. Υπάρχουν πολλοί τύποι τεχνητού γραφίτη και οι διαδικασίες παραγωγής τους ποικίλλουν πολύ. Σε γενικές γραμμές, όλα τα υλικά γραφίτη που λαμβάνονται μέσω της ενανθράκωσης οργανικής ύλης που ακολουθείται από γραφιτοποίηση σε υψηλή θερμοκρασία μπορούν συλλογικά να αναφέρονται ως τεχνητός γραφίτης, όπως ίνα άνθρακα (γραφίτης), πυρολυτικός άνθρακας (γραφίτης) και αφρώδες γραφίτης. Με στενή έννοια, ο τεχνητός γραφίτης αναφέρεται συνήθως σε ένα συμπαγές στερεό υλικό που παράγεται με χρήση ανθρακούχων πρώτων υλών με χαμηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες (οπτάνθρακας πετρελαίου, οπτάνθρακα πίσσας κ.λπ.) ως αδρανή και λιθανθρακόπισσα ως συνδετικά, μέσω διεργασιών όπως η παρτίδα, η ανάμειξη, η χύτευση, η ενανθράκωση (βιομηχανικά γνωστή ως ασβεστοποίηση). Παραδείγματα περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια γραφίτη και θερμό γραφίτη ισοστατικής συμπίεσης.
2. Διαφορές και συνδέσεις μεταξύ φυσικού γραφίτη και τεχνητού γραφίτη
Δεδομένου ότι ο τεχνητός γραφίτης που παράγεται από φυσικό γραφίτη είναι συνήθως με τη στενή έννοια, αυτή η ανάλυση θα επικεντρωθεί στις διαφορές και τις συνδέσεις μεταξύ φυσικού γραφίτη και τεχνητού γραφίτη με αυτή τη στενή έννοια.
2.1 Κρυσταλλική δομή
Φυσικός γραφίτης: Η ανάπτυξη κρυστάλλων είναι σχετικά πλήρης. Ο βαθμός γραφιτοποίησης του νιφάδας γραφίτη είναι πάνω από 98%, ενώ ο βαθμός γραφιτοποίησης του φυσικού μικροκρυσταλλικού γραφίτη είναι συνήθως κάτω από 93%.
Τεχνητός γραφίτης: Ο βαθμός ανάπτυξης κρυστάλλων εξαρτάται από τις πρώτες ύλες και τη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας. Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας, τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός γραφιτοποίησης. Επί του παρόντος, ο βαθμός γραφιτοποίησης του βιομηχανικά παραγόμενου τεχνητού γραφίτη είναι συνήθως κάτω του 90%.
2.2 Μικροδομή
Φυσικός γραφίτης νιφάδας: Ένας απλός κρύσταλλος με σχετικά απλή μικροδομή, που περιέχει μόνο κρυσταλλογραφικά ελαττώματα (όπως σημειακά ελαττώματα, εξαρθρώσεις, σφάλματα στοίβαξης κ.λπ.), που εμφανίζει ανισότροπα χαρακτηριστικά μακροσκοπικά. Ο φυσικός μικροκρυσταλλικός γραφίτης έχει μικρότερους κόκκους, τυχαία διατεταγμένους κόκκους και πόρους μετά την απομάκρυνση των ακαθαρσιών, παρουσιάζοντας ισοτροπικά χαρακτηριστικά μακροσκοπικά.
Τεχνητός γραφίτης: Μπορεί να θεωρηθεί πολυφασικό υλικό, συμπεριλαμβανομένης της φάσης γραφίτη που μετασχηματίζεται από ανθρακούχα σωματίδια όπως ο οπτάνθρακας πετρελαίου ή οπτάνθρακας, η φάση γραφίτη που μετασχηματίζεται από συνδετικό λιθανθρακόπισσας που περιβάλλει τα σωματίδια και οι πόροι που σχηματίζονται μετά από συσσώρευση σωματιδίων ή θερμική επεξεργασία συνδετικού λιθανθρακόπισσας.
2.3 Φυσική Μορφολογία
Φυσικός γραφίτης: Υπάρχει συνήθως σε μορφή σκόνης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνος του, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλα υλικά.
Τεχνητός γραφίτης: Έχει διάφορες μορφές, όπως σκόνη, ινώδεις και μπλοκ, αλλά με στενή έννοια, ο τεχνητός γραφίτης είναι συνήθως σε μορφή μπλοκ και χρειάζεται επεξεργασία σε συγκεκριμένο σχήμα για χρήση.
2.4 Φυσικοχημικές ιδιότητες
Όσον αφορά τις φυσικοχημικές ιδιότητες, ο φυσικός γραφίτης και ο τεχνητός γραφίτης μοιράζονται ορισμένα κοινά σημεία, αλλά παρουσιάζουν και διαφορές. Για παράδειγμα, τόσο ο φυσικός όσο και ο τεχνητός γραφίτης είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού. Ωστόσο, για σκόνες γραφίτη της ίδιας καθαρότητας και μεγέθους σωματιδίων, ο φυσικός γραφίτης νιφάδας έχει την καλύτερη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, ακολουθούμενος από τον φυσικό μικροκρυσταλλικό γραφίτη, με τον τεχνητό γραφίτη να έχει τη χαμηλότερη. Ο γραφίτης έχει καλή λιπαντικότητα και έναν ορισμένο βαθμό πλαστικότητας. Ο φυσικός γραφίτης νιφάδας, με την πιο ανεπτυγμένη κρυσταλλική δομή του, έχει χαμηλότερο συντελεστή τριβής, με αποτέλεσμα την καλύτερη λιπαντικότητα και την υψηλότερη πλαστικότητα. Ο πυκνός κρυσταλλικός γραφίτης και ο κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης ακολουθούν, ενώ ο τεχνητός γραφίτης είναι ο χειρότερος.
3. Περιοχές Εφαρμογής Φυσικού και Τεχνητού Γραφίτη
Ο γραφίτης διαθέτει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, βρίσκοντας έτσι ευρεία εφαρμογή στη μεταλλουργία, τα μηχανήματα, την ηλεκτρική μηχανική, τη χημική βιομηχανία, την κλωστοϋφαντουργία και τις αμυντικές βιομηχανίες. Οι περιοχές εφαρμογής του φυσικού και του τεχνητού γραφίτη επικαλύπτονται σε κάποιο βαθμό, αλλά και διαφέρουν.
3.1 Μεταλλουργική Βιομηχανία
Στη μεταλλουργική βιομηχανία, ο φυσικός γραφίτης νιφάδων, λόγω της καλής του αντοχής στην οξείδωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πυρίμαχων υλικών όπως τούβλα μαγνησίας-άνθρακα και τούβλα από αλουμίνα-άνθρακα. Ο τεχνητός γραφίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδια στη χαλυβουργία, ενώ τα ηλεκτρόδια από φυσικό γραφίτη είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν στις απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας των ηλεκτρικών κλιβάνων χαλυβουργίας.
3.2 Βιομηχανία Μηχανημάτων
Στη βιομηχανία μηχανών, τα υλικά γραφίτη χρησιμοποιούνται συνήθως ως ανθεκτικά στη φθορά και λιπαντικά υλικά. Ο φυσικός γραφίτης νιφάδας έχει καλή λιπαντικότητα και χρησιμοποιείται συχνά ως πρόσθετο σε λιπαντικά έλαια. Ο εξοπλισμός που μεταφέρει διαβρωτικά μέσα χρησιμοποιεί ευρέως δακτυλίους εμβόλων, στεγανοποιήσεις και έδρανα κατασκευασμένα από τεχνητό γραφίτη, τα οποία δεν απαιτούν την προσθήκη λιπαντικού λαδιού κατά τη λειτουργία. Σε αυτούς τους τομείς μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σύνθετα υλικά από φυσικό γραφίτη και πολυμερείς ρητίνες, αλλά η αντοχή τους στη φθορά δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή του τεχνητού γραφίτη.
3.3 Χημική Βιομηχανία
Ο τεχνητός γραφίτης έχει χαρακτηριστικά όπως αντοχή στη διάβρωση, καλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή διαπερατότητα και χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική βιομηχανία για την κατασκευή εξοπλισμού όπως εναλλάκτες θερμότητας, δεξαμενές αντίδρασης, πύργους απορρόφησης και φίλτρα. Σύνθετα υλικά από φυσικό γραφίτη και πολυμερείς ρητίνες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε αυτά τα πεδία, αλλά η θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή τους στη διάβρωση δεν είναι τόσο καλές όσο αυτές του τεχνητού γραφίτη.
