Graphite synthétique : Un guide complet

Le graphite synthétique est également un autre terme pour désigner le graphite artificiel. Il existe de nombreux types de graphites synthétiques et leurs performances sont excellentes. Ce sont des matériaux à base de carbone indispensables à la production industrielle. À l'avenir, on peut s'attendre à ce que le graphite synthétique évolue vers l'innovation et l'écologie !

Graphite synthétique Définition

Le graphite synthétique est un matériau de carbone amorphe qui a été artificiellement synthétisé et modifié. Il est généralement produit à partir de matières premières carbonées (telles que le charbon, le coke de pétrole, etc.) par le biais d'un traitement à haute température et de processus de graphitisation. Il présente des caractéristiques de résistance électrique, thermique et à haute température similaires à celles du graphite naturel, mais sa pureté et sa structure peuvent être modifiées en fonction des besoins.

Propriétés du graphite synthétique

Propriétés physiques

Le graphite synthétique possède une excellente conductivité électrique et thermique. C'est un matériau très adapté à la fabrication d'électrodes, de batteries et à la gestion thermique. En outre, le graphite synthétique est capable de résister à des températures extrêmement élevées. Cela signifie que vous pouvez l'utiliser comme matériau réfractaire et comme revêtement de four à haute température dans les industries métallurgiques et chimiques. En outre, sa densité relativement faible permet de réduire le poids de la structure. En même temps, il conserve une surface spécifique élevée, ce qui améliore ses performances dans les processus de catalyse et d'adsorption.

Propriétés chimiques

Le graphite synthétique présente une excellente résistance à la corrosion et une grande stabilité chimique. Par exemple, il résiste à une large gamme d'acides, de bases et de solvants organiques. Il convient donc à la fabrication de revêtements et de réservoirs de stockage pour les équipements chimiques. En outre, le graphite synthétique peut conserver la stabilité de sa structure chimique et présenter une bonne résistance à l'oxydation à haute température. Ceci est particulièrement important dans les applications à haute température, telles que les fours à haute température et les équipements de traitement thermique.

Propriétés mécaniques

Le graphite synthétique présente une résistance et une dureté élevées, ce qui lui permet de supporter des charges mécaniques importantes et de résister à l'usure. Le graphite synthétique est donc très utile pour la fabrication de composants mécaniques, de matériaux structurels et de matériaux résistants à l'usure. Parallèlement, la plasticité du graphite synthétique lui permet d'être transformé en une variété de formes et de tailles grâce à différentes techniques de traitement, ce qui accroît sa flexibilité dans les applications industrielles. Sa résistance à l'abrasion en fait un matériau idéal pour la fabrication de plaquettes de frein, de joints et d'autres matériaux de friction.

Graphite naturel VS graphite synthétique

Structure

Le graphite naturel est composé d'un seul élément de carbone et sa structure cristalline appartient au système cristallin hexagonal, qui est une structure hexagonale en couches.

Le graphite synthétique est similaire au polycristallin en termes de cristallographie et peut également être considéré comme un matériau multiphasé. Après graphitisation, le graphite synthétique présente une disposition plus ordonnée des atomes de carbone et de l'espacement entre les couches que le graphite naturel.

Conductivité thermique

La conductivité thermique du graphite naturel est généralement meilleure que celle du graphite synthétique et peut théoriquement atteindre 2000 W/m-K, en fonction de la pureté et de la structure cristalline du graphite. Sa structure en couches permet à la chaleur de se propager rapidement à l'intérieur de la couche, ce qui en fait un excellent matériau pour les applications à haute température.

La conductivité thermique du graphite synthétique se situe généralement entre quelques centaines et 1000 W/m-K. Cela dépend souvent du processus de production et de la qualité de la matière première.

Conductivité électrique

La conductivité électrique du graphite naturel est généralement comprise entre 10^4 et 10^6 S/m, en fonction de sa structure cristalline et de sa teneur en impuretés. Le graphite naturel présente une conductivité électrique élevée, en particulier dans le sens du plan, car les électrons peuvent se déplacer librement entre les couches.

La conductivité électrique du graphite synthétique est généralement comprise entre 10^3 et 10^5 S/m, habituellement inférieure à celle du graphite naturel. Cela s'explique par le fait que la structure et le degré de graphitisation du graphite synthétique peuvent ne pas être aussi parfaits que ceux du graphite naturel, ce qui entraîne certaines restrictions sur le mouvement des électrons.

Procédé de fabrication du graphite synthétique

1. Mélange de matières premières

Nous sélectionnons le coke de pétrole, le coke d'aiguille, etc. qui ont une grande pureté et une bonne cristallinité comme agrégats. Nous les mélangeons ensuite avec des liants tels que le charbon, le goudron, la poix, etc. dans une certaine proportion et les pétrissons dans l'équipement de pétrissage à une température de 150 à 200°C. De cette manière, le liant est uniformément enveloppé à la surface des particules d'agrégats, formant une pâte plastique. En règle générale, nous définissons la poix comme un liant pour le graphite synthétique.

2. Moulage

Moulage par compression : Nous introduisons la pâte dans le moule et appliquons une pression de 10 à 50MPa pour que la pâte prenne la forme souhaitée dans le moule (bloc, plaque, etc.).

Extrusion moulage : Pour les produits tels que les électrodes, nous extrudons la pâte à travers le moule d'une extrudeuse pour former un corps vert cylindrique ou d'une autre forme spécifique.

3. Traitement thermique

Carbonisation: Nous plaçons la billette verte façonnée dans le four de carbonisation. Nous la chauffons ensuite à 800 - 1000°C à une vitesse de 1 - 5 °C/min sous la protection de gaz inertes tels que l'azote ou l'argon. Au cours de ce processus, les éléments non carbonés du liant s'échappent sous forme de gaz, et le carbone restant lie davantage les particules de l'agrégat.

Graphitisation: Le corps carbonisé est ensuite placé dans un four de graphitisation et chauffé à 2500 - 3000°C à une vitesse de 5 - 10 °C/min. À cette température élevée, les atomes de carbone se réarrangent et la structure cristalline passe progressivement à une structure de graphite.

Utilisations du graphite synthétique

- Industrie des batteries :

Les anodes en graphite synthétique ont une capacité spécifique théorique élevée, une bonne stabilité en cyclage et un faible potentiel d'intercalation du lithium. Elles sont largement utilisées dans divers batterie lithium-ion qui jouent un rôle essentiel dans l'amélioration des performances globales des batteries. En outre, le graphite est utilisé pour électrolyser la cathode des cellules électrolytiques pour le magnésium, l'aluminium, etc.

- Sidérurgie et industrie métallurgique :

Le graphite peut être utilisé comme combustible dans l'industrie sidérurgique. Dans le processus de fabrication de l'acier par four à arc électrique, le graphite est utilisé comme combustible. électrode agit comme une électrode conductrice qui transmet l'énergie électrique à l'appareil. fourIl crée un arc électrique qui fait fondre la charge. Il présente une bonne conductivité électrique, une résistance aux températures élevées et une bonne stabilité chimique. Il peut donc résister à des conditions difficiles telles que des courants forts et l'érosion du laitier dans les fours à arc électrique. Dans l'industrie sidérurgique moderne, les électrodes en graphite sont des matériaux clés indispensables à la production d'aciers de haute qualité, tels que les aciers spéciaux et les aciers alliés.

- Matériaux de friction :

Le graphite est utilisé dans la fabrication des embrayages des systèmes de transmission mécanique, des plaquettes de frein des automobiles et des matériaux de friction des lubrifiants à haute température. Par exemple, le pouvoir lubrifiant et la résistance à la chaleur des matériaux synthétiques de type poudre de graphite peut réduire le coefficient de frottement, réduire l'usure. Cela permet d'améliorer la durée de vie et les performances des matériaux de friction. Cela garantit le fonctionnement normal des systèmes de freinage et de transmission des automobiles, des trains et d'autres véhicules. En outre, les nouvelles plaquettes de frein en granulés de graphite synthétique sont plus remarquables en termes de friction et de performance de freinage. Ce type de plaquette de frein est composé de résine et de graphite de synthèse.

- Dissipation de la chaleur et matériaux d'éclairage :

Dans l'électronique de puissance telle que les transistors de puissance, les redresseurs, les onduleurs, etc., vous utiliserez des feuilles de graphite synthétique pour dissiper la chaleur. Ces dispositifs génèrent beaucoup de chaleur lorsqu'ils fonctionnent. Par conséquent, une bonne dissipation de la chaleur contribue à améliorer la fiabilité et l'efficacité de l'équipement. En même temps, elle réduit les défaillances et la dégradation des performances causées par la surchauffe. Par exemple, les lampes LED génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement et si elles ne peuvent pas dissiper la chaleur à temps, l'efficacité lumineuse et la durée de vie de la LED en seront affectées. Les feuilles de graphite synthétique peuvent être fixées aux puces LED ou aux substrats de dissipation thermique afin de dissiper efficacement la chaleur. Cela permet d'assurer le fonctionnement normal des systèmes d'éclairage à LED, d'améliorer la qualité de l'éclairage et les effets d'économie d'énergie.

- Industries de l'aérospatiale et de la défense :

Il a un point de fusion élevé, une forte résistance aux chocs thermiques et à la corrosion. Il peut être utilisé comme combustible nucléaire et comme matériau de revêtement dans les réacteurs à haute température refroidis au gaz. En outre, le graphite est également utilisé pour fabriquer des tuyères de fusées spatiales, des pièces de moteurs aérospatiaux et des matériaux structurels d'isolation thermique.

Production nationale de graphite synthétique

La Chine est le plus grand producteur de graphite au monde. En 2023, la production de graphite a atteint 2,612 millions de tonnes, dont 53,75% de graphite synthétique et 46,25% de graphite naturel. Les exportations chinoises et les exportations nettes de graphite synthétique continuent de croître, et l'excédent commercial affiche une tendance à la hausse.

En 2021, le marché des anodes en graphite synthétique représentait 97,58% du marché. D'après la situation du marché, la fourchette de prix des produits de milieu de gamme sur le marché des anodes en graphite synthétique est de 2 700 à 4 100 USD par tonne. Parmi eux, la fourchette de prix des produits de puissance haut de gamme est de 3 700 à 4 700 USD par tonne. La fourchette de prix des produits bas de gamme est de 2 100 à 3 10o USD par tonne.