Grafit Sintetis: Panduan Komprehensif

Grafit sintetis juga merupakan istilah lain untuk grafit buatan. Grafit sintetis tersedia dalam berbagai jenis dan memiliki performa yang sangat baik. Ini adalah bahan berbasis karbon yang sangat diperlukan untuk produksi industri. Di masa depan, Anda dapat melihat bahwa grafit sintetis dapat berkembang ke arah inovasi dan penghijauan!

Definisi Grafit Sintetis

Grafit sintetis adalah bahan karbon amorf yang telah disintesis dan dimodifikasi secara artifisial. Biasanya diproduksi dengan bahan baku berkarbon (seperti batu bara, kokas minyak bumi, dll.) melalui perlakuan suhu tinggi dan proses grafitisasi. Grafit ini memiliki karakteristik ketahanan listrik, termal, dan suhu tinggi yang serupa dengan grafit alami, tetapi kemurnian dan strukturnya dapat diubah sesuai kebutuhan.

Sifat grafit sintetis

Sifat fisik

Grafit sintetis memiliki konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik. Ini adalah bahan yang sangat cocok untuk membuat elektroda, baterai dan manajemen termal. Di samping itu, grafit sintetis mampu bertahan di lingkungan bersuhu sangat tinggi. Ini berarti Anda dapat menggunakannya sebagai bahan tahan api dan lapisan tungku suhu tinggi dalam industri metalurgi dan kimia. Selain itu, kepadatannya yang relatif rendah membantu mengurangi bobot struktural. Pada saat yang sama, ia mempertahankan luas permukaan spesifik yang tinggi, meningkatkan kinerjanya dalam proses katalisis dan adsorpsi.

Sifat kimiawi

Grafit sintetis memiliki ketahanan korosi dan stabilitas kimia yang sangat baik. Sebagai contoh, grafit sintetis tahan terhadap berbagai macam asam, basa, dan pelarut organik. Jadi, sangat cocok untuk digunakan dalam pembuatan pelapis dan tangki penyimpanan peralatan kimia. Selain itu, grafit sintetis dapat mempertahankan stabilitas struktur kimia dan menunjukkan ketahanan oksidasi yang baik pada suhu tinggi. Hal ini sangat penting dalam aplikasi suhu tinggi, seperti pada tungku suhu tinggi dan peralatan perlakuan panas.

Sifat mekanik

Grafit sintetis memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi sehingga dapat menahan beban mekanis yang besar dan menahan keausan. Hal ini membuat grafit sintetis sangat berguna dalam pembuatan komponen mekanis, bahan struktural, dan bahan tahan aus. Pada saat yang sama, plastisitas grafit sintetis memungkinkannya dibuat menjadi berbagai bentuk dan ukuran melalui teknik pemrosesan yang berbeda, sehingga meningkatkan fleksibilitasnya dalam aplikasi industri. Ketahanan abrasi juga membuatnya ideal untuk pembuatan bantalan rem, seal, dan bahan gesekan lainnya.

Grafit alami VS grafit sintetis

Struktur

Grafit alami terdiri dari elemen karbon tunggal, dan struktur kristalnya termasuk dalam sistem kristal heksagonal, yang merupakan struktur berlapis heksagonal.

Grafit sintetis mirip dengan polikristalin dalam kristalografi dan juga dapat dilihat sebagai bahan multifase. Setelah grafitisasi, grafit sintetis memiliki susunan atom karbon dan jarak antar lapisan yang lebih teratur daripada grafit alami.

Konduktivitas termal

Konduktivitas termal grafit alami umumnya lebih baik daripada grafit sintetis, dan secara teoritis dapat mencapai 2000 W/m-K, tergantung pada kemurnian dan struktur kristal grafit. Strukturnya yang berlapis membuat panas dihantarkan dengan cepat di dalam lapisan, sehingga sangat baik dalam aplikasi suhu tinggi.

Konduktivitas termal grafit sintetis pada umumnya antara beberapa ratus dan 1000 W/m-K. Hal ini sering kali bergantung pada proses produksi dan kualitas bahan bakunya.

Konduktivitas listrik

Konduktivitas listrik grafit alami biasanya antara 10^4 dan 10^6 S/m, yang berkaitan dengan struktur kristal dan kandungan pengotornya. Grafit alami memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, khususnya pada arah bidang, karena elektron dapat bergerak bebas di antara lapisan.

Konduktivitas listrik grafit sintetis pada umumnya antara 10^3 dan 10^5 S/m, biasanya lebih rendah daripada grafit alami. Hal ini karena struktur dan tingkat grafitisasi grafit sintetis mungkin tidak sesempurna grafit alami, yang mengakibatkan pembatasan tertentu pada pergerakan elektron.

Proses pembuatan grafit sintetis

1. Pencampuran bahan baku

Kami memilih kokas minyak bumi, kokas jarum, dll. yang memiliki kemurnian tinggi dan kristalinitas yang baik sebagai agregat. Kemudian mencampurnya dengan bahan pengikat seperti batu bara, tar, pitch, dll. dalam proporsi tertentu dan menguleni dalam peralatan pengaduk pada suhu 150 - 200 ° C. Dengan cara ini, bahan pengikat dibungkus secara merata pada permukaan partikel agregat, membentuk pasta plastik. Biasanya, kami mendefinisikan pitch sebagai pengikat untuk grafit sintetis.

2. Cetakan

Cetakan kompresi: Kami memasukkan pasta ke dalam cetakan dan memberikan tekanan 10 - 50MPa untuk membuat bentuk pasta menjadi bentuk yang diinginkan dalam cetakan, seperti balok, piring, dll.

Ekstrusi cetakan: Untuk produk seperti elektroda, kami mengekstrusi pasta melalui cetakan ekstruder untuk membentuk silinder atau bentuk tubuh hijau tertentu lainnya.

3. Perlakuan panas

Karbonisasi: Kami memasukkan billet hijau yang sudah dibentuk ke dalam tungku karbonisasi. Kemudian, panaskan hingga 800 - 1000 ° C dengan laju pemanasan 1 - 5 ° C/menit di bawah perlindungan gas inert seperti nitrogen atau argon. Dalam proses ini, elemen non-karbon dalam pengikat keluar dalam bentuk gas, dan karbon yang tersisa selanjutnya mengikat partikel agregat.

Grafitisasi: Kemudian tempatkan benda yang sudah dikarbonisasi dalam tungku grafitisasi dan panaskan hingga 2500 - 3000 ° C dengan laju pemanasan 5 - 10 ° C/menit. Pada suhu tinggi ini, atom karbon akan tersusun ulang dan struktur kristal secara bertahap bergeser ke struktur grafit.

Penggunaan grafit sintetis

- Industri baterai:

Anoda grafit sintetis memiliki kapasitas spesifik teoretis yang tinggi, stabilitas siklus yang baik, dan potensi interkalasi litium yang rendah. Mereka banyak digunakan dalam berbagai baterai lithium-ion yang memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja baterai secara keseluruhan. Selain itu, grafit digunakan untuk mengelektrolisis katoda sel elektrolitik untuk magnesium, aluminium, dll.

- Industri pembuatan baja dan metalurgi:

Anda dapat menggunakan grafit sebagai karburator dalam industri pembuatan baja. Dalam proses pembuatan baja tanur busur listrik, grafit elektroda bertindak sebagai elektroda konduktif untuk mengirimkan energi listrik ke tungkumenciptakan busur listrik yang melelehkan muatan. Memiliki konduktivitas listrik yang baik, tahan suhu tinggi dan stabilitas kimia. Oleh karena itu, elektroda ini dapat bertahan dalam kondisi yang keras seperti arus yang kuat dan erosi terak dalam tungku busur listrik. Dalam industri baja modern, elektroda grafit adalah bahan utama yang sangat diperlukan untuk produksi baja berkualitas tinggi seperti baja khusus dan baja paduan.

- Bahan Gesekan:

Grafit digunakan dalam pembuatan cengkeraman pada sistem transmisi mekanis, bantalan rem pada mobil, dan bahan gesekan pelumas bersuhu tinggi. Sebagai contoh, pelumasan dan ketahanan panas dari pelumas sintetis bubuk grafit dapat mengurangi koefisien gesekan, mengurangi keausan. Dengan demikian meningkatkan masa pakai dan kinerja bahan gesekan. Hal ini memastikan pengoperasian normal sistem pengereman dan transmisi mobil, kereta api, dan kendaraan lainnya. Selain itu, bantalan rem butiran grafit sintetis yang muncul lebih menonjol dalam kinerja gesekan dan pengereman. Bantalan rem jenis ini terbuat dari resin dan sintesis grafit.

- Bahan Pembuangan Panas dan Pencahayaan:

Pada elektronika daya seperti transistor daya, penyearah, inverter, dll., Anda akan menggunakan lembaran grafit sintetis untuk membuang panas. Semua perangkat ini menghasilkan banyak panas ketika bekerja. Oleh karena itu, pembuangan panas yang baik membantu meningkatkan keandalan dan efisiensi peralatan. Sementara itu, hal ini mengurangi kegagalan dan penurunan kinerja yang disebabkan oleh panas berlebih. Misalnya, lampu LED akan menghasilkan panas selama proses kerja, dan jika tidak dapat membuang panas tepat waktu, maka akan mempengaruhi efisiensi dan masa pakai LED. Lembaran grafit sintetis dapat dipasang ke chip LED atau substrat pembuangan panas untuk menghilangkan panas secara efektif. Hal ini memastikan pengoperasian normal sistem pencahayaan LED, dan meningkatkan kualitas pencahayaan serta efek hemat energi.

- Industri kedirgantaraan dan pertahanan:

Dengan titik leleh yang tinggi, ketahanan yang kuat terhadap goncangan termal, dan ketahanan terhadap korosi. Dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir dan sebagai bahan kelongsong pada reaktor berpendingin gas bersuhu tinggi. Selain itu, grafit juga digunakan untuk membuat nozel untuk roket luar angkasa, suku cadang mesin luar angkasa, dan bahan struktural insulasi termal.

Produksi Grafit Sintetis Nasional

China adalah produsen grafit terbesar di dunia. Pada tahun 2023, produksi grafit telah mencapai 2,612 juta ton, di mana produksi grafit sintetis menyumbang 53,75% dan grafit alam menyumbang 46,25%. Ekspor dan ekspor bersih grafit sintetis Tiongkok terus tumbuh, dan surplus perdagangan menunjukkan tren yang berkembang.

Pada tahun 2021, pasar bahan anoda grafit sintetis menyumbang 97,58% dari pasar. Dari situasi pasar, kisaran harga utama produk kelas menengah di pasar anoda grafit sintetis adalah US$2.700-4.100 per ton. Di antara mereka, kisaran harga utama produk listrik kelas atas adalah US$3.700-4.700 per ton. Kisaran harga utama produk kelas bawah adalah US$2,100-3,10o per ton.