¿Para qué se utilizan los bloques de grafito?

En el campo de la ciencia de materiales, los bloques de grafito se han convertido en materiales clave para la producción industrial y la innovación tecnológica. Posee propiedades físicas y químicas únicas, como un alto punto de fusión, una excelente conductividad eléctrica y térmica, un bajo coeficiente de fricción y estabilidad química. Esto le permite adaptarse a condiciones de trabajo extremas. De los hornos de alta temperatura a los chips semiconductores, de la energía limpia a la industria aeroespacial, bloques de grafito se utilizan mucho.

Campo de la fabricación industrial

Industria metalúrgica

Sellado de hornos

Durante el proceso de producción metalúrgica, el interior del horno suele estar expuesto a un entorno de altas temperaturas, superiores a 1500℃, y a gases altamente corrosivos. El bloque de grafito tiene una excelente resistencia a las altas temperaturas y estabilidad química, por lo que es el material ideal para el sellado de hornos. Puede transformarse en junta o anillo de sellado, que bloquea eficazmente la fuga de gases a alta temperatura. Y también puede resistir la erosión de gases corrosivos como sulfuros y óxidos en el interior del horno. De este modo se mejora significativamente la eficiencia térmica del horno y se reduce el derroche de energía.

Elemento calefactor

El bloque de grafito tiene una alta conductividad eléctrica y un bajo coeficiente de dilatación térmica, lo que lo convierte en el material base de los elementos calefactores metalúrgicos. En equipos como hornos de arco eléctrico y hornos de inducción, puede utilizarse como elemento calefactor. Puede convertir la energía eléctrica en energía térmica de alta temperatura en un instante y cumplir las condiciones de temperatura extrema necesarias para la fundición de metales. Los electrodos de grafito pueden mantener la estabilidad estructural a temperaturas superiores a 2000℃. En comparación con los elementos calefactores metálicos tradicionales, su vida útil se prolonga entre 3 y 5 veces. Esto reduce significativamente los costes de mantenimiento de los equipos y los tiempos de inactividad.

Pulvimetalurgia

Su propiedad autolubricante hace que el bloque de grafito se utilice principalmente en la fabricación de moldes y procesos de prensado. Puede reducir significativamente la fricción durante el proceso de prensado del polvo, lo que hace que la distribución del polvo sea más uniforme. Y evita los defectos del producto causados por la adherencia entre el molde y el material. Mientras tanto, su resistencia a altas temperaturas garantiza que se mantenga la precisión dimensional durante los procesos de sinterización por encima de 1000℃. Por tanto, puede utilizarse para facilitar la producción de componentes pulvimetalúrgicos de alta precisión y formas complejas. Por ejemplo, cojinetes impregnados de aceite para motores de automoción y herramientas de corte de aleaciones duras.

Tratamiento mecánico

Moho

Los bloques de grafito desempeñan un papel importante en los campos de los moldes de inyección y los moldes de fundición a presión. En comparación con los moldes metálicos, su densidad es sólo de 1/3 a 1/5 de la de los moldes metálicos. Por lo tanto, reduce significativamente el peso de los moldes y disminuye la carga y el consumo de energía del equipo. Y su alta conductividad térmica puede aumentar la velocidad de enfriamiento del molde de 30% a 50%, lo que acorta significativamente el ciclo de formación del producto.

Elementos calefactores

En el proceso de tratamiento térmico del procesamiento mecánico, puede utilizar bloques de grafito para procesar elementos calefactores de grafito. Debido a que puede controlar con precisión la temperatura, elementos calefactores de grafito puede lograr el recocido, el temple y otros tratamientos de proceso en materiales metálicos. Y garantiza que los materiales obtengan propiedades mecánicas ideales. Puede controlar el error de uniformidad de la temperatura dentro de ±2℃, muy superior a los elementos calefactores de alambre de resistencia tradicionales. Así que proporciona una garantía estable para el procesamiento de piezas mecánicas de precisión.

EDM

También se pueden utilizar bloques de grafito como materiales para electrodos en el mecanizado por descarga eléctrica (EDM). Los electrodos de grafito se caracterizan por su ligereza, rápida velocidad de procesamiento y baja tasa de pérdidas, que es sólo 1/3 de la de los electrodos de cobre. Y la aplicación de electrodos de grafito permite que la precisión de procesamiento alcance el nivel micrométrico. Por lo tanto, son especialmente adecuados para el procesamiento de cavidades complejas. Por ejemplo, para el mecanizado de álabes de motores de aviación, piezas de precisión de dispositivos médicos, etc.

Ámbitos relacionados con la energía

Reactor nuclear

En los reactores nucleares, los bloques de grafito desempeñan un papel crucial. Como moderador y material de la capa reflectante en los reactores nucleares, el grafito puede reducir la velocidad de los neutrones, haciendo que sean absorbidos más fácilmente por el combustible nuclear y manteniendo así el progreso estable de las reacciones nucleares. La estabilidad química y la resistencia a altas temperaturas del grafito le permiten trabajar de forma fiable durante mucho tiempo en el entorno de alta temperatura y fuerte radiación de los reactores nucleares. Al mismo tiempo, sus excelentes propiedades mecánicas garantizan la estabilidad de la estructura del reactor, lo que es de gran importancia para garantizar el funcionamiento seguro de los reactores nucleares.

Fabricación de baterías

El bloque de grafito es un componente importante de los materiales anódicos de las baterías de iones de litio. Su estructura en capas hace que pueda proporcionar canales para la intercalación y desintercalación de iones de litio. Por eso tiene una alta capacidad específica y una buena estabilidad cíclica. Su uso como material del electrodo negativo proporciona a las baterías de iones de litio las ventajas de una alta densidad energética, una rápida velocidad de carga y descarga y una larga vida útil. Puede utilizarse ampliamente en vehículos eléctricos, teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros campos.

Electrónica y semiconductores

Disipación del calor de los dispositivos electrónicos

Los bloques de grafito tienen una excelente conductividad térmica, por lo que pueden utilizarse para fabricar disipadores de calor o sustratos. Pueden transferir eficazmente el calor y reducir la temperatura de los componentes. Además, el grafeno es más ligero y flexible que los materiales metálicos de disipación de calor. Además, satisface las necesidades de desarrollo de miniaturización y delgadez de los dispositivos electrónicos y garantiza el funcionamiento estable de los equipos.

Fabricación de semiconductores

En la fabricación de semiconductores, los bloques de grafito se utilizan para fabricar diversos componentes. Gracias a su resistencia a altas temperaturas y a su estabilidad química, puede retener materias primas de silicio y evitar la contaminación, garantizando la calidad de las obleas. Además, también se puede utilizar en la fabricación de elementos calefactores, accesorios, etc. Puede proporcionar un soporte estable para los procesos de semiconductores y mejorar la calidad del producto y la eficiencia de la producción.

Otros campos

Materiales lubricantes

Con su excelente lubricidad, el bloque de grafito se convierte en lubricantes sólidos, grasas, aceites lubricantes, etc., que se utilizan ampliamente en equipos mecánicos. Incluso en condiciones de trabajo especiales, como alta temperatura, alta presión y alto vacío, puede reducir significativamente la fricción y el desgaste entre los componentes mecánicos. Y puede prolongar eficazmente la vida útil de los equipos y mejorar la eficiencia operativa. Por tanto, es un material lubricante ideal en entornos especiales.

Sector aeroespacial

Se pueden utilizar bloques de grafito como materiales ligeros y resistentes a altas temperaturas en la industria aeroespacial. El material compuesto a base de grafito del revestimiento de la garganta de la tobera del motor del cohete puede soportar gases a altas temperaturas superiores a 3000℃. La película flexible de disipación de calor de grafito del panel solar del satélite puede adaptarse a diferencias extremas de temperatura que oscilan entre -200℃ y 150℃. Y puede garantizar el funcionamiento estable del equipo.

Ingeniería Química y Protección del Medio Ambiente

Gracias a su gran estabilidad química, se pueden utilizar bloques de grafito para fabricar recipientes de reacción y tuberías resistentes a la corrosión. En cuanto a la protección del medio ambiente, el grafito puede purificar las aguas residuales y adsorber contaminantes en el agua gracias a su gran superficie específica y propiedad de adsorción. Además, también tiene un gran potencial en la purificación de gases, los portadores de catalizadores y otros aspectos. Por tanto, contribuirá al desarrollo de las industrias química y de protección del medio ambiente.

Conclusión

Debido a sus propiedades físicas y químicas únicas, los bloques de grafito desempeñan un papel importante en diversos campos. Se pueden utilizar como materiales estructurales o funcionales, y favorecen enormemente el desarrollo de la industria. Con el avance de la tecnología, se espera lograr grandes avances en campos emergentes como la informática cuántica y la biomedicina.