1. Klasyfikacja i charakterystyka grafitu
1.1 Naturalny grafit
Naturalny grafit powstaje z bogatej w węgiel materii organicznej pod wpływem długotrwałego narażenia na wysoką temperaturę i ciśnienie w środowiskach geologicznych; jest to krystalizacja natury. Charakterystyka przetwarzania naturalnego grafitu zależy głównie od jego morfologii kryształów. Minerały o różnej morfologii kryształów mają różne wartości przemysłowe i zastosowania. Istnieje wiele rodzajów grafitu naturalnego. W oparciu o różne morfologie kryształów, przemysłowo grafit naturalny dzieli się na trzy kategorie: gęsty grafit krystaliczny, grafit płatkowy i grafit kryptokrystaliczny. W moim kraju istnieją głównie dwie główne kategorie: grafit płatkowy i grafit kryptokrystaliczny.
1.2 Sztuczny grafit
Sztuczny grafit jest podobny do materiałów polikrystalicznych w krystalografii. Istnieje wiele rodzajów sztucznego grafitu, a procesy ich produkcji znacznie się od siebie różnią. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie materiały grafitowe otrzymywane w wyniku karbonizacji materii organicznej, a następnie grafityzacji w wysokiej temperaturze, można zbiorczo określić jako grafit sztuczny, taki jak włókno węglowe (grafitowe), węgiel pirolityczny (grafit) i grafit spieniony. W wąskim znaczeniu sztuczny grafit zwykle odnosi się do blokowego materiału stałego wytwarzanego przy użyciu surowców węglowych o niskiej zawartości zanieczyszczeń (koks naftowy, koks pakowy itp.) jako kruszywa i paku węglowego jako spoiwa, w procesach takich jak dozowanie, mieszanie, formowanie, karbonizacja (w przemyśle znana jako kalcynacja) i grafityzacja. Przykłady obejmują elektrody grafitowe i grafit prasowany na gorąco izostatycznie.
2. Różnice i powiązania grafitu naturalnego i grafitu sztucznego
Biorąc pod uwagę, że sztuczny grafit wytwarzany z grafitu naturalnego ma zwykle wąskie znaczenie, analiza ta skupi się na różnicach i powiązaniach między grafitem naturalnym a grafitem sztucznym w tym wąskim znaczeniu.
2.1 Struktura kryształu
Naturalny grafit: Rozwój kryształów jest stosunkowo zakończony. Stopień grafityzacji grafitu płatkowego przekracza 98%, podczas gdy stopień grafityzacji naturalnego grafitu mikrokrystalicznego wynosi zwykle poniżej 93%.
Sztuczny grafit: Stopień rozwoju kryształów zależy od surowców i temperatury obróbki cieplnej. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa temperatura obróbki cieplnej, tym wyższy stopień grafityzacji. Obecnie stopień grafityzacji produkowanego przemysłowo sztucznego grafitu wynosi zwykle poniżej 90%.
2.2 Mikrostruktura
Naturalny grafit płatkowy: Monokryształ o stosunkowo prostej mikrostrukturze, zawierający jedynie defekty krystalograficzne (takie jak defekty punktowe, dyslokacje, wady ułożenia itp.), wykazujący makroskopowo cechy anizotropowe. Naturalny grafit mikrokrystaliczny ma mniejsze ziarna, losowo ułożone ziarna i pory po usunięciu zanieczyszczeń, wykazując makroskopowo właściwości izotropowe.
Sztuczny grafit: można uznać za materiał wielofazowy, obejmujący fazę grafitową przekształconą z cząstek węglowych, takich jak koks naftowy lub koks pakowy, fazę grafitową przekształconą ze spoiwa smoły węglowej otaczającej cząstki oraz pory powstałe w wyniku akumulacji cząstek lub obróbki cieplnej spoiwa smoły węglowej.
2.3 Morfologia fizyczna
Grafit naturalny: Zwykle występuje w postaci proszku i można go stosować samodzielnie, ale zwykle stosuje się go w połączeniu z innymi materiałami.
Sztuczny grafit: ma różne postacie, w tym postać proszkową, włóknistą i blokową, ale w wąskim znaczeniu sztuczny grafit ma zwykle postać blokową i przed użyciem należy go przetworzyć w określony kształt.
2.4 Właściwości fizykochemiczne
Pod względem właściwości fizykochemicznych grafit naturalny i grafit sztuczny mają pewne podobieństwa, ale wykazują także różnice. Na przykład zarówno grafit naturalny, jak i sztuczny są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Jednakże w przypadku proszków grafitu o tej samej czystości i wielkości cząstek, najlepszą przewodność cieplną i elektryczną ma naturalny grafit płatkowy, następnie naturalny grafit mikrokrystaliczny, przy czym sztuczny grafit ma najniższą. Grafit charakteryzuje się dobrą smarownością i pewnym stopniem plastyczności. Naturalny grafit płatkowy, o bardziej rozwiniętej strukturze krystalicznej, charakteryzuje się niższym współczynnikiem tarcia, co zapewnia najlepszą smarowność i najwyższą plastyczność. Następne są grafit gęsty krystaliczny i grafit kryptokrystaliczny, a najgorszy jest grafit sztuczny.
3. Obszary zastosowań grafitu naturalnego i sztucznego
Grafit posiada wiele doskonałych właściwości, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w metalurgii, maszynach, elektrotechnice, przemyśle chemicznym, tekstyliach i przemyśle obronnym. Obszary zastosowań grafitu naturalnego i sztucznego w pewnym stopniu pokrywają się, ale też różnią.
3.1 Przemysł metalurgiczny
W przemyśle metalurgicznym naturalny grafit płatkowy, ze względu na dobrą odporność na utlenianie, może być stosowany do produkcji materiałów ogniotrwałych, takich jak cegły magnezytowo-węglowe i cegły aluminiowo-węglowe. Grafit sztuczny może znaleźć zastosowanie jako elektrody w hutnictwie, natomiast elektrody z grafitu naturalnego są trudne w zastosowaniu w wymagających warunkach pracy elektrycznych pieców hutniczych.
3.2 Przemysł maszynowy
W przemyśle maszynowym materiały grafitowe są powszechnie stosowane jako materiały odporne na zużycie i smarujące. Naturalny grafit płatkowy ma dobrą smarowność i jest często stosowany jako dodatek do olejów smarowych. W urządzeniach transportujących media korozyjne szeroko stosowane są pierścienie tłokowe, uszczelnienia i łożyska wykonane ze sztucznego grafitu, które nie wymagają dodatku oleju smarowego podczas pracy. W tych dziedzinach można również stosować materiały kompozytowe z grafitu naturalnego i żywic polimerowych, ale ich odporność na zużycie nie jest tak dobra jak grafitu sztucznego.
3.3 Przemysł chemiczny
Sztuczny grafit ma takie właściwości, jak odporność na korozję, dobrą przewodność cieplną i niską przepuszczalność i jest szeroko stosowany w przemyśle chemicznym do produkcji sprzętu, takiego jak wymienniki ciepła, zbiorniki reakcyjne, wieże absorpcyjne i filtry. W tych dziedzinach można również stosować materiały kompozytowe z grafitu naturalnego i żywic polimerowych, ale ich przewodność cieplna i odporność na korozję nie są tak dobre, jak w przypadku sztucznego grafitu.
