1. Grafietclassificatie en kenmerken
1.1 Natuurlijk grafiet
Natuurlijk grafiet wordt gevormd uit koolstofrijk organisch materiaal onder langdurige blootstelling aan hoge temperaturen en druk in geologische omgevingen; het is een kristallisatie van de natuur. De verwerkingseigenschappen van natuurlijk grafiet hangen voornamelijk af van de kristalmorfologie ervan. Mineralen met verschillende kristalmorfologieën hebben verschillende industriële waarden en toepassingen. Er zijn veel soorten natuurlijk grafiet. Op basis van verschillende kristalmorfologieën wordt natuurlijk grafiet industrieel onderverdeeld in drie categorieën: dicht kristallijn grafiet, vlokgrafiet en cryptokristallijn grafiet. In mijn land zijn er hoofdzakelijk twee hoofdcategorieën: vlokgrafiet en cryptokristallijn grafiet.
1.2 Kunstmatig grafiet
Kunstmatig grafiet is vergelijkbaar met polykristallijne materialen in kristallografie. Er zijn veel soorten kunstmatig grafiet en hun productieprocessen variëren enorm. In grote lijnen kunnen alle grafietmaterialen die worden verkregen door de carbonisatie van organisch materiaal gevolgd door grafitisering bij hoge temperatuur gezamenlijk kunstmatig grafiet worden genoemd, zoals koolstof (grafiet) vezels, pyrolytische koolstof (grafiet) en geschuimd grafiet. In enge zin verwijst kunstmatig grafiet gewoonlijk naar een blokachtig vast materiaal dat wordt geproduceerd met behulp van koolstofhoudende grondstoffen met een laag gehalte aan onzuiverheden (petroleumcokes, pekcokes, enz.) als aggregaten en koolteerpek als bindmiddelen, door middel van processen zoals batching, mengen, gieten, carboniseren (industrieel bekend als calcineren) en grafitisering. Voorbeelden zijn onder meer grafietelektroden en heet isostatisch persen van grafiet.
2. Verschillen en verbindingen tussen natuurlijk grafiet en kunstmatig grafiet
Gegeven dat het kunstmatige grafiet dat uit natuurlijk grafiet wordt geproduceerd meestal in enge zin is, zal deze analyse zich concentreren op de verschillen en verbanden tussen natuurlijk grafiet en kunstmatig grafiet in deze enge zin.
2.1 Kristalstructuur
Natuurlijk grafiet: De kristalontwikkeling is relatief voltooid. De grafitiseringsgraad van vlokgrafiet ligt boven de 98%, terwijl de grafitiseringsgraad van natuurlijk microkristallijn grafiet gewoonlijk lager is dan 93%.
Kunstmatig grafiet: De mate van kristalontwikkeling is afhankelijk van de grondstoffen en de warmtebehandelingstemperatuur. In het algemeen geldt dat hoe hoger de warmtebehandelingstemperatuur, hoe hoger de mate van grafitisering. Momenteel ligt de grafitiseringsgraad van industrieel geproduceerd kunstmatig grafiet gewoonlijk onder de 90%.
2.2 Microstructuur
Natuurlijk vlokgrafiet: een enkel kristal met een relatief eenvoudige microstructuur, dat alleen kristallografische defecten bevat (zoals puntdefecten, dislocaties, stapelfouten, enz.) en macroscopisch anisotrope kenmerken vertoont. Natuurlijk microkristallijn grafiet heeft kleinere korrels, willekeurig gerangschikte korrels en poriën na verwijdering van onzuiverheden, en vertoont macroscopisch isotrope kenmerken.
Kunstmatig grafiet: Kan worden beschouwd als een meerfasig materiaal, inclusief de grafietfase die is getransformeerd uit koolstofhoudende deeltjes zoals petroleumcokes of pekcokes, de grafietfase die is getransformeerd uit koolteerbindmiddel dat de deeltjes omringt, en poriën gevormd na deeltjesaccumulatie of warmtebehandeling van koolteerbindmiddel.
2.3 Fysische morfologie
Natuurlijk grafiet: bestaat meestal in poedervorm en kan alleen worden gebruikt, maar wordt meestal in combinatie met andere materialen gebruikt.
Kunstmatig grafiet: Heeft verschillende vormen, waaronder poeder-, vezel- en blokvormen, maar in enge zin is kunstgrafiet meestal in blokvorm en moet het voor gebruik in een specifieke vorm worden verwerkt.
2.4 Fysisch-chemische eigenschappen
In termen van fysisch-chemische eigenschappen hebben natuurlijk grafiet en kunstmatig grafiet enkele overeenkomsten, maar vertonen ze ook verschillen. Zowel natuurlijk als kunstmatig grafiet zijn bijvoorbeeld goede geleiders van warmte en elektriciteit. Voor grafietpoeders met dezelfde zuiverheid en deeltjesgrootte heeft natuurlijk vlokgrafiet echter de beste thermische en elektrische geleidbaarheid, gevolgd door natuurlijk microkristallijn grafiet, terwijl kunstmatig grafiet de laagste heeft. Grafiet bezit een goede gladheid en een zekere mate van plasticiteit. Natuurlijk vlokgrafiet, met zijn meer ontwikkelde kristalstructuur, heeft een lagere wrijvingscoëfficiënt, wat resulteert in de beste smering en hoogste plasticiteit. Dicht kristallijn grafiet en cryptokristallijn grafiet zijn de volgende, terwijl kunstmatig grafiet het ergste is.
3. Toepassingsgebieden van natuurlijk en kunstmatig grafiet
Grafiet bezit vele uitstekende eigenschappen en vindt daarom een brede toepassing in de metallurgie, machines, elektrotechniek, chemische industrie, textiel en defensie-industrie. De toepassingsgebieden van natuurlijk en kunstmatig grafiet overlappen elkaar enigszins, maar verschillen ook.
3.1 Metallurgische industrie
In de metallurgische industrie kan natuurlijk vlokgrafiet, vanwege zijn goede oxidatieweerstand, worden gebruikt voor de productie van vuurvaste materialen zoals magnesiumoxide-koolstofstenen en aluminiumoxide-koolstofstenen. Kunstmatig grafiet kan worden gebruikt als elektroden bij de staalproductie, terwijl elektroden gemaakt van natuurlijk grafiet moeilijk te gebruiken zijn in de veeleisende bedrijfsomstandigheden van elektrische staalovens.
3.2 Machine-industrie
In de machine-industrie worden grafietmaterialen vaak gebruikt als slijtvaste en smerende materialen. Natuurlijk vlokgrafiet heeft een goede smering en wordt vaak gebruikt als additief in smeeroliën. Apparatuur die corrosieve media transporteert, maakt op grote schaal gebruik van zuigerveren, afdichtingen en lagers gemaakt van kunstmatig grafiet, waarvoor tijdens bedrijf geen smeerolie hoeft te worden toegevoegd. Composietmaterialen van natuurlijk grafiet en polymeerharsen kunnen ook op deze gebieden worden gebruikt, maar hun slijtvastheid is niet zo goed als die van kunstmatig grafiet.
3.3 Chemische Industrie
Kunstmatig grafiet heeft kenmerken zoals corrosieweerstand, goede thermische geleidbaarheid en lage permeabiliteit, en wordt veel gebruikt in de chemische industrie om apparatuur te vervaardigen zoals warmtewisselaars, reactietanks, absorptietorens en filters. Composietmaterialen van natuurlijk grafiet en polymeerharsen kunnen ook op deze gebieden worden gebruikt, maar hun thermische geleidbaarheid en corrosieweerstand zijn niet zo goed als die van kunstmatig grafiet.
