1. Grafit Sınıflandırması ve Özellikleri
1.1 Doğal Grafit
Doğal grafit, jeolojik ortamlarda yüksek sıcaklık ve basınca uzun süre maruz kalan karbon açısından zengin organik maddelerden oluşur; doğanın kristalleşmesidir. Doğal grafitin işlenme özellikleri esas olarak kristal morfolojisine bağlıdır. Farklı kristal morfolojilerine sahip mineraller farklı endüstriyel değerlere ve kullanımlara sahiptir. Birçok doğal grafit türü vardır. Farklı kristal morfolojilerine dayanarak, endüstriyel olarak doğal grafit üç kategoriye ayrılır: yoğun kristalli grafit, pul grafit ve kriptokristalin grafit. Benim ülkemde esas olarak iki ana kategori vardır: pul grafit ve kriptokristalin grafit.
1.2 Yapay Grafit
Yapay grafit, kristalografide çok kristalli malzemelere benzer. Pek çok yapay grafit türü vardır ve üretim süreçleri büyük ölçüde farklılık gösterir. Genel anlamda, organik maddenin karbonizasyonu ve ardından yüksek sıcaklıkta grafitizasyon yoluyla elde edilen tüm grafit malzemeleri, toplu olarak karbon (grafit) elyafı, pirolitik karbon (grafit) ve köpüklü grafit gibi yapay grafit olarak adlandırılabilir. Dar anlamda, yapay grafit genellikle agrega olarak düşük safsızlık içeriğine sahip karbonlu hammaddeler (petrol kok, zift kok vb.) ve bağlayıcı olarak kömür katranı zifti kullanılarak harmanlama, karıştırma, kalıplama, karbonizasyon (endüstriyel olarak kalsinasyon olarak bilinir) ve grafitleştirme gibi işlemlerle üretilen bloklu bir katı malzemeyi ifade eder. Örnekler arasında grafit elektrotlar ve sıcak izostatik presleme grafiti yer alır.
2. Doğal Grafit ile Yapay Grafit Arasındaki Farklar ve Bağlantılar
Doğal grafitten üretilen yapay grafitin genellikle dar anlamda olduğu göz önüne alındığında, bu analiz, doğal grafit ile bu dar anlamda yapay grafit arasındaki farklara ve bağlantılara odaklanacaktır.
2.1 Kristal Yapısı
Doğal Grafit: Kristal gelişimi nispeten tamamlanmıştır. Pul grafitin grafitleşme derecesi %98'in üzerindeyken, doğal mikrokristalin grafitin grafitleşme derecesi genellikle %93'ün altındadır.
Yapay Grafit: Kristal gelişme derecesi hammaddeye ve ısıl işlem sıcaklığına bağlıdır. Genel olarak, ısıl işlem sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, grafitleşme derecesi de o kadar yüksek olur. Şu anda endüstriyel olarak üretilen yapay grafitin grafitleşme derecesi genellikle %90'ın altındadır.
2.2 Mikroyapı
Doğal pul grafit: Makroskobik olarak anizotropik özellikler sergileyen, yalnızca kristalografik kusurlar (nokta kusurları, dislokasyonlar, istifleme hataları vb. gibi) içeren, nispeten basit bir mikro yapıya sahip tek bir kristal. Doğal mikrokristalin grafit, makroskobik olarak izotropik özellikler sergileyen, daha küçük tanelere, rastgele düzenlenmiş tanelere ve yabancı maddelerin uzaklaştırılmasından sonra gözeneklere sahiptir.
Yapay grafit: Petrol kok veya zift kok gibi karbonlu parçacıklardan dönüştürülen grafit fazı, parçacıkları çevreleyen kömür katranı bağlayıcısından dönüştürülen grafit fazı ve kömür katranı bağlayıcının parçacık birikiminden veya ısıl işleminden sonra oluşan gözenekleri içeren çok fazlı bir malzeme olarak düşünülebilir.
2.3 Fiziksel Morfoloji
Doğal grafit: Genellikle toz halinde bulunur ve tek başına kullanılabilir, ancak genellikle diğer malzemelerle kombinasyon halinde kullanılır.
Yapay grafit: Toz, lifli ve blok formları da dahil olmak üzere çeşitli formları vardır, ancak dar anlamda yapay grafit genellikle blok formundadır ve kullanım için belirli bir şekle dönüştürülmesi gerekir.
2.4 Fizikokimyasal Özellikler
Fizikokimyasal özellikler açısından, doğal grafit ve yapay grafit bazı ortak noktalara sahiptir ancak aynı zamanda farklılıklar da göstermektedir. Örneğin hem doğal hem de yapay grafit, ısıyı ve elektriği iyi iletir. Bununla birlikte, aynı saflık ve parçacık boyutuna sahip grafit tozları için, doğal pul grafit en iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir, bunu doğal mikrokristalin grafit takip eder ve yapay grafit en düşük değere sahiptir. Grafit iyi bir kayganlığa ve belirli bir derecede plastisiteye sahiptir. Doğal pul grafit, daha gelişmiş kristal yapısıyla daha düşük bir sürtünme katsayısına sahiptir, bu da en iyi kayganlık ve en yüksek plastisiteyi sağlar. Bunu yoğun kristalli grafit ve kriptokristalin grafit takip ederken, yapay grafit en kötüsüdür.
3. Doğal ve Yapay Grafitin Uygulama Alanları
Grafit birçok mükemmel özelliğe sahiptir ve bu nedenle metalurji, makine, elektrik mühendisliği, kimya endüstrisi, tekstil ve savunma endüstrilerinde geniş uygulama alanı bulmaktadır. Doğal ve yapay grafitin uygulama alanları bir ölçüde örtüşse de farklılık da göstermektedir.
3.1 Metalurji Endüstrisi
Metalurji endüstrisinde, iyi oksidasyon direnci nedeniyle doğal pul grafit, magnezya-karbon tuğlaları ve alümina-karbon tuğlaları gibi refrakter malzemelerin üretiminde kullanılabilir. Yapay grafit çelik üretiminde elektrot olarak kullanılabilirken, doğal grafitten yapılan elektrotların elektrikli çelik üretim fırınlarının zorlu çalışma koşullarında kullanılması zordur.
3.2 Makine Sanayii
Makine endüstrisinde aşınmaya dayanıklı ve yağlayıcı malzeme olarak grafit malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal pul grafit iyi bir yağlayıcılığa sahiptir ve genellikle yağlama yağlarında katkı maddesi olarak kullanılır. Aşındırıcı ortamları taşıyan ekipmanlarda, çalışma sırasında yağlama yağı eklenmesini gerektirmeyen yapay grafitten yapılmış piston segmanları, contalar ve yataklar yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal grafit ve polimer reçinelerden oluşan kompozit malzemeler de bu alanlarda kullanılabilir ancak aşınma dirençleri yapay grafit kadar iyi değildir.
3.3 Kimya Endüstrisi
Yapay grafit, korozyon direnci, iyi ısı iletkenliği ve düşük geçirgenlik gibi özelliklere sahiptir ve kimya endüstrisinde ısı eşanjörleri, reaksiyon tankları, emme kuleleri ve filtreler gibi ekipmanların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal grafit ve polimer reçinelerden oluşan kompozit malzemeler de bu alanlarda kullanılabilir ancak bunların ısı iletkenliği ve korozyon direnci yapay grafit kadar iyi değildir.
