Synthetischer Graphit: Ein umfassender Leitfaden

Synthetischer Graphit ist auch eine andere Bezeichnung für künstlichen Graphit. Es gibt sie in vielen Varianten und sie haben eine hervorragende Leistung. Sie sind unverzichtbare Materialien auf Kohlenstoffbasis für die industrielle Produktion. In Zukunft wird sich synthetischer Graphit in Richtung Innovation und Umweltfreundlichkeit entwickeln!

Synthetischer Graphit Definition

Synthetischer Graphit ist ein amorphes Kohlenstoffmaterial, das künstlich synthetisiert und modifiziert wurde. Er wird in der Regel aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen (wie Kohle, Petrolkoks usw.) durch Hochtemperaturbehandlung und Graphitierungsverfahren hergestellt. Es hat ähnliche elektrische, thermische und hochtemperaturbeständige Eigenschaften wie Naturgraphit, kann aber je nach Bedarf in seiner Reinheit und Struktur verändert werden.

Eigenschaften von synthetischem Graphit

Physikalische Eigenschaften

Synthetischer Graphit hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit. Es ist ein sehr geeignetes Material für die Herstellung von Elektroden, Batterien und Wärmemanagement. Außerdem ist synthetischer Graphit in der Lage, extremen Hochtemperaturen zu widerstehen. Das bedeutet, dass er als feuerfestes Material und zur Auskleidung von Hochtemperaturöfen in der metallurgischen und chemischen Industrie verwendet werden kann. Außerdem trägt seine relativ geringe Dichte zur Verringerung des Strukturgewichts bei. Gleichzeitig verfügt es über eine hohe spezifische Oberfläche, was seine Leistung bei Katalyse- und Adsorptionsprozessen verbessert.

Chemische Eigenschaften

Synthetischer Graphit weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität auf. So ist er beispielsweise gegen eine Vielzahl von Säuren, Basen und organischen Lösungsmitteln beständig. Daher eignet er sich für die Herstellung von Auskleidungen und Lagertanks für chemische Anlagen. Darüber hinaus kann synthetischer Graphit die Stabilität der chemischen Struktur beibehalten und weist eine gute Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf. Dies ist besonders wichtig bei Hochtemperaturanwendungen, wie z. B. in Hochtemperaturöfen und Wärmebehandlungsanlagen.

Mechanische Eigenschaften

Synthetischer Graphit weist eine hohe Festigkeit und Härte auf, so dass er großen mechanischen Belastungen standhalten kann und verschleißfest ist. Dies macht synthetischen Graphit sehr nützlich für die Herstellung von mechanischen Komponenten, Strukturmaterialien und verschleißfesten Materialien. Gleichzeitig kann synthetischer Graphit aufgrund seiner Plastizität durch verschiedene Verarbeitungstechniken in eine Vielzahl von Formen und Größen gebracht werden, was seine Flexibilität bei industriellen Anwendungen erhöht. Aufgrund seiner Abriebfestigkeit eignet er sich auch hervorragend für die Herstellung von Bremsbelägen, Dichtungen und anderen Reibmaterialien.

Natürlicher Graphit vs. synthetischer Graphit

Struktur

Natürlicher Graphit besteht aus einem einzigen Kohlenstoff-Element, und seine Kristallstruktur gehört zum hexagonalen Kristallsystem, d. h. einer hexagonalen Schichtstruktur.

Synthetischer Graphit ist kristallographisch ähnlich wie polykristalliner Graphit und kann auch als mehrphasiges Material betrachtet werden. Nach der Graphitierung weist synthetischer Graphit eine geordnetere Anordnung der Kohlenstoffatome und Zwischenschichtabstände auf als natürlicher Graphit.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit von Naturgraphit ist im Allgemeinen besser als die von synthetischem Graphit und kann je nach Reinheit und Kristallstruktur des Graphits theoretisch 2000 W/m-K erreichen. Aufgrund seiner Schichtstruktur wird die Wärme schnell innerhalb der Schicht weitergeleitet, weshalb er sich hervorragend für Hochtemperaturanwendungen eignet.

Die Wärmeleitfähigkeit von synthetischem Graphit liegt im Allgemeinen zwischen einigen hundert und 1000 W/m-K. Dies hängt oft vom Produktionsverfahren und der Qualität des Rohmaterials ab.

Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit von Naturgraphit liegt in der Regel zwischen 10^4 und 10^6 S/m, was mit seiner Kristallstruktur und dem Gehalt an Verunreinigungen zusammenhängt. Naturgraphit hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit, insbesondere in der Ebene, da sich die Elektronen zwischen den Schichten frei bewegen können.

Die elektrische Leitfähigkeit von synthetischem Graphit liegt im Allgemeinen zwischen 10^3 und 10^5 S/m und ist damit in der Regel niedriger als die von Naturgraphit. Dies liegt daran, dass die Struktur und der Grad der Graphitierung von synthetischem Graphit nicht so perfekt sind wie bei natürlichem Graphit, was zu gewissen Einschränkungen bei der Bewegung von Elektronen führt.

Verfahren zur Herstellung von synthetischem Graphit

1. Mischen von Rohstoffen

Wir wählen Petrolkoks, Nadelkoks usw. mit hoher Reinheit und guter Kristallinität als Zuschlagstoffe aus. Dann mischen wir sie mit Bindemitteln wie Kohle, Teer, Pech usw. in einem bestimmten Verhältnis und kneten sie in der Knetanlage bei einer Temperatur von 150 - 200°C. Auf diese Weise wird das Bindemittel gleichmäßig auf die Oberfläche der Gesteinspartikel aufgetragen und bildet eine plastische Paste. Typischerweise wird Pech als Bindemittel für synthetischen Graphit definiert.

2. Gießen

Formpressen: Wir geben die Paste in die Form und üben einen Druck von 10 bis 50 MPa aus, um die Paste in der Form in die gewünschte Form zu bringen, z. B. als Block, Platte usw.

Extrusion Leisten: Bei Produkten wie Elektroden extrudieren wir die Paste durch die Form eines Extruders, um eine zylindrische oder andere spezifische Form des Grünkörpers zu erhalten.

3. Wärmebehandlung

Karbonisierung: Wir legen den geformten grünen Knüppel in den Karbonisierungsofen. Dann erhitzen wir ihn unter Schutz von Inertgasen wie Stickstoff oder Argon auf 800 - 1000 °C bei einer Aufheizrate von 1 - 5 °C/min. Dabei entweichen die kohlenstofffreien Bestandteile des Bindemittels in Form von Gas, und der verbleibende Kohlenstoff bindet die Aggregatteilchen weiter.

Graphitierung: Anschließend wird der verkohlte Körper in einen Graphitierungsofen gegeben und bei einer Heizrate von 5 - 10 °C/min auf 2500 - 3000 °C erhitzt. Bei dieser hohen Temperatur ordnen sich die Kohlenstoffatome neu an und die Kristallstruktur ändert sich allmählich in eine Graphitstruktur.

Verwendungen von synthetischem Graphit

- Batterie-Industrie:

Anoden aus synthetischem Graphit haben eine hohe theoretische spezifische Kapazität, eine gute Zyklenstabilität und ein niedriges Lithium-Interkalationspotenzial. Sie sind in verschiedenen Bereichen weit verbreitet Lithium-Ionen-Akku Produkte, die eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Gesamtleistung von Batterien spielen. Darüber hinaus wird Graphit zur Elektrolyse der Kathode von Elektrolysezellen für Magnesium, Aluminium usw. verwendet.

- Stahlindustrie und Hüttenwesen:

Graphit kann in der Stahlindustrie als Aufkohlungsmittel verwendet werden. Bei der Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen wird der Graphit Elektrode fungiert als leitende Elektrode zur Übertragung von elektrischer Energie auf den OfenDabei entsteht ein elektrischer Lichtbogen, der die Ladung schmilzt. Es besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Stabilität. Daher kann es rauen Bedingungen wie starken Strömen und Schlackenerosion in Elektrolichtbogenöfen standhalten. In der modernen Stahlindustrie sind Graphitelektroden unverzichtbare Schlüsselmaterialien für die Herstellung hochwertiger Stähle wie Spezialstähle und legierte Stähle.

- Reibungsmaterialien:

Graphit wird bei der Herstellung von Kupplungen in mechanischen Übertragungssystemen, Bremsbelägen in Kraftfahrzeugen und Reibmaterialien für Hochtemperaturschmierstoffe verwendet. Die Schmierfähigkeit und Hitzebeständigkeit von synthetischen Graphitpulver kann den Reibungskoeffizienten senken und den Verschleiß verringern. Dadurch wird die Lebensdauer und Leistung von Reibmaterialien verbessert. Dies gewährleistet den normalen Betrieb von Brems- und Übertragungssystemen von Automobilen, Zügen und anderen Fahrzeugen. Darüber hinaus sind die neuen synthetischen Graphitgranulat-Bremsbeläge in Bezug auf Reibung und Bremsleistung noch besser. Diese Art von Bremsbelag besteht aus Harz und Graphitsynthese.

- Wärmeableitung und Beleuchtungsmaterialien:

In der Leistungselektronik, z. B. bei Leistungstransistoren, Gleichrichtern, Wechselrichtern usw., werden Sie synthetische Graphitplatten verwenden, um die Wärme abzuführen. Diese Geräte erzeugen bei ihrer Arbeit eine Menge Wärme. Daher trägt eine gute Wärmeableitung dazu bei, die Zuverlässigkeit und Effizienz der Geräte zu verbessern. Gleichzeitig werden Ausfälle und Leistungseinbußen aufgrund von Überhitzung reduziert. So erzeugen beispielsweise LED-Leuchten während ihres Betriebs Wärme, und wenn sie die Wärme nicht rechtzeitig ableiten können, beeinträchtigt dies die Lichtausbeute und die Lebensdauer der LED. Synthetische Graphitplatten können an LED-Chips oder Wärmeableitungssubstraten angebracht werden, um die Wärme effektiv abzuleiten. Dies gewährleistet den normalen Betrieb von LED-Beleuchtungssystemen und verbessert die Lichtqualität und den Energiespareffekt.

- Luft- und Raumfahrt und Verteidigungsindustrie:

Es hat einen hohen Schmelzpunkt, eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es kann als Kernbrennstoff und als Hüllmaterial in gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren verwendet werden. Darüber hinaus wird Graphit auch zur Herstellung von Düsen für Weltraumraketen, von Triebwerksteilen für die Luft- und Raumfahrt und von wärmeisolierenden Strukturmaterialien verwendet.

Nationale Produktion von synthetischem Graphit

China ist der größte Graphitproduzent der Welt. Im Jahr 2023 wird die Graphitproduktion 2,612 Millionen Tonnen erreichen, wovon 53,75% auf synthetischen Graphit und 46,25% auf Naturgraphit entfallen. Die chinesischen Exporte und Nettoexporte von synthetischem Graphit nehmen weiter zu, und der Handelsüberschuss zeigt eine steigende Tendenz.

Im Jahr 2021 machte der Markt für synthetisches Graphitanodenmaterial 97,58% des Marktes aus. Von der Marktsituation, die Mainstream-Preisspanne von Mid-Range-Produkte in der synthetischen Graphit Anode Markt ist US$2.700-4.100 pro Tonne. Die Preisspanne für Produkte der oberen Leistungsklasse liegt bei US$3.700-4.700 pro Tonne. Die gängige Preisspanne für Low-End-Produkte liegt bei US$2.100-3.10o pro Tonne.