黒鉛製造工程

黒鉛の製造工程には、天然黒鉛と人造黒鉛の2種類がある。その製造工程には、品質を確保するためにいくつかの重要なステップがあり、それは黒鉛材料の産業への応用に関係しています。このブログでは、黒鉛製造の全工程をご紹介します。

グラファイトとは何か？

グラファイトは天然の炭素である。黒く、絹のようで、滑りやすい。鉛筆、電池、潤滑油などに含まれる。電気・熱伝導率が最も高い黒鉛材料。また、高温でも安定しているため、産業界で広く使用されている。

黒鉛を得るには2つの方法がある。地球上の鉱山から抽出する方法と、合成的に製造する方法だ。

天然黒鉛は、採掘、粉砕、加工を経て緻密な構造になる。その中でも薄片状黒鉛は、耐熱性が高く、導電性に優れているという特徴がある。その特性は、採掘地や加工方法によって異なる。

人造黒鉛の製造工程は、より高品質で、より均一で、より柔軟である。原料は複数の工程を経て最終製品になる。その工程は多くのステップを必要とするが、最終結果は確かに高品質である。人造黒鉛は仕様に合わせて製造できるため、バッテリーや電子機器など、特定の重要な用途に使用される。

原材料黒鉛の製造工程 必要なもの

それは原材料から始まる。例えば 石油コークスニードルコークス、ピッチコークスなどである。これらは、本質的に黒鉛の基本元素である高含有炭素の供給源であるため、重要な原料である。石油コークスは石油精製に由来し、ニードルコークスは黒鉛電極製造に使用される高級品である。

これらのコークは焼かれ、結合剤と組み合わされる。バインダーは、粒子と粒子のつなぎ目となり、凝集力をもたらす。一般的なバインダーはコールタールピッチや石油ピッチで、丈夫で耐久性のある製品を作ることができる。黒鉛製品の最終的な用途によっては、シリカや鉄のような添加物も必要になる。すべての材料は、最終製品である黒鉛を得るために必要であり、特性の設定に影響を与える。

ステップ1：黒鉛原料の混合と処理

第一段階として、原料が混合される。コークス粉は非常に細かく粉砕され、バインダーはコークスと非常に均一に混合される。その後、コークスの微粉末を高温でバインダーと混合する。バインダーはコークスのすべての粒子をコーティングし、確実に固着させる。これにより、成分の不均一な混合が避けられ、成形しやすい成分が得られる。

混合グレードもまた別の側面である。この場合、混合物が均質でないと、加工製品に弱点が生じる可能性がある。温度とタイミングを注意深くコントロールし、バインダーが均一になるようにしなければならない。この組み合わせは製品の形状の基本であり、グラファイトの密度、気孔率、強度に影響を与える。

ステップ2：形を作る

成形：

スラリーを型に流し込み、圧縮する。この技法は、単純なソリッド形状（ブロック、ディスクなど）を作るのに適している傾向がある。成形は、同じものを何度も必要とする大量生産に最適です。

押し出し：

材料はダイスを通して押し出され、長いロッド、チューブ、その他の細長い形状が製造される。例えば黒鉛電極のように、一定の断面が必要な場合には押し出し成形が採用される。黒鉛の製造工程を連続的に一定にすることができ、特異な形状を得たい場合に適している。

アイソスタティック・プレス：

この製法は、全周に均等な圧力を利用することで、内部応力のない、より複雑な形状の製造を可能にする。均質な特性を持つ高密度黒鉛の製造に使用される。最終製品が高圧に耐える必要がある場合や、複雑で精密な形状を製造する場合は、通常アイソスタティック・プレスを使用して成形を行います。

ステップ3：製品を焼く

成形後に水分を抜き、製品を固めるために焼く必要がある。この工程は焼成または炭化と呼ばれる。成形された製品を焼成炉に入れるようなもので、通常1,000～1,200℃程度の高温で加熱され、熱分解の放出でドルブキング作用が起こる。

析出物が大きくて厚い場合は、焼成に数週間かかることもある。ひびが入ったり破損しないように、ゆっくりと温度を上げるものに接続する。混合物が焼き上がると、材料は乾燥し、必要な硬度と密度に硬化する。製品の強度、密度、気孔率を形成する重要な役割を果たすため、製造工程で最も重要な工程のひとつである。一度焼かれたものは、"炭化物 "または "カーボン・アーティファクト "と呼ばれる。

ステップ4：含浸

その後の工程は、炭化製品の品質を高めるための含浸である。含浸とは、焼成した製品の気孔に別の物質を充填することである。

アスファルト含浸：

炭化した素材の気孔をアスファルトで埋めているわけだ。アスファルトを含浸させることで、製品の密度と機械的強度が向上します。これはまた、材料の気孔率を低下させるという究極の効果もあり、その結果、耐久性だけでなく耐摩耗性も向上します。

樹脂含浸：

この製品は、樹脂含浸法で合成樹脂を含浸させたものである。この方法は、良好な電気絶縁特性を持つ製品を得る場合や、特定の化学薬品に対してより高い耐性を必要とする場合に使用される。また、樹脂含浸は黒鉛の強度と弾力性を高めます。

金属含浸：

銅や銀などの金属も含浸に使われることがある。金属含浸は電気伝導性と熱伝導性を高める。一部の電気部品のように、導電性の高い材料を必要とする唯一の用途に使用されます。

一度含浸させた製品は、含浸物質を硬化させるために、一般的にもう一度焼成される。この2回目の焼成工程は、含浸物質が炭化素材によりよく付着するのを助け、より強く耐久性のある製品につながります。

ステップ5：黒鉛化

第5段階は黒鉛化である。黒鉛化では、メーカーは炭化製品を抵抗炉で超高温、通常は3000℃以上で加熱する。炭素の原子構造を変化させることで、炭素をグラファイトに変えるのである。この高温下では、原子が再配列し、炭素原子の層と呼ばれる結晶構造になる。

そして、高温が残留不純物を殺し、製品を高純度にする。 黒鉛化 グラファイトは、低潤滑性、高導電性、高耐熱性などの特性を持つ重要なプロセスである。そのため、炭化物に比べてより強く安定した材料となり、要求の厳しいエンジニアリング用途に使用することができる。

ステップ6：機械加工

黒鉛の最終的な形状やサイズは、黒鉛化後に機械加工される。黒鉛は他のどの工業原料よりも柔らかいため、機械加工が容易です。そのため、黒鉛は他のどの工業原料よりも柔らかく、機械加工が容易である。

電気アーク炉で使用されるグラファイト電極は、高精度の機械加工を施さなければ、うまく機能しません。また、用途に応じて、加工工程でカスタマイズされた形状やデザインを作り出す可能性もあります。多くのグラファイト部品は、機械加工が不可能で、ネジ山や穴などの精密加工が施されている場合があります。

品質管理製品のチェック

加工後、検査が行われる。人造黒鉛の製造工程では、重要なスペックを取得しなければならないため、品質管理は必須である。製造業者は、密度、強度、気孔率、導電率、その他の仕様について、材料のバッチごとに試験を行わなければならない。

また、ひび割れ、表面の凹凸、欠陥などの目視検査も行われる。また、特殊な装置を使用し、導電率と熱伝導率を測定する。 グラフェン.これらのテストは、製品が工業的見地から測定された期待値を満たし、ターゲットとする顧客のニーズとウォンツに準拠していることを主張するために使用される。品質保証のある製造業は、品質の一貫性を保証し、市場への不良品の販売を防ぐことに成功している。

精製：高純度オプション

半導体やエレクトロニクス産業のような特殊用途では、超高純度のグラファイトが必要とされることがある。その場合、不純物を除去するために特別な精製工程が行われる。精製工程については、一般的に化学処理または高温熱処理が行われる。

化学精製では、不純物成分の溶解に酸などの化学薬品を使用する。一方、高温熱処理では、黒鉛を高温で加熱し、不純物を蒸発（固化）させる。高純度黒鉛は、原子炉、電池、航空宇宙部品などに使用されている。正式名称は、高純度黒鉛。

黒鉛スクラップのリサイクル

黒鉛は貴重な材料であり、リサイクルはその生産のための重要な方法である。メーカーは黒鉛スクラップを回収し、リサイクルして利用することができる。リサイクルされた黒鉛を細かく粉砕し、原料混合物に加えれば、新しい黒鉛製品や炭素製品を生産することができる。

黒鉛のリサイクルは、資源を保護しながら持続可能性を促進する。また、再生黒鉛の加工は、新鮮な原料を採取して加工するよりもコストがかからないため、コスト削減にもつながります。リサイクル黒鉛は、環境への影響を減らし、持続可能性を高めるために、多くの産業で使用されています。

製造黒鉛の主な用途

黒鉛電極：金属スクラップを製錬する電気アーク炉で使用される。黒鉛電極は常に 製鋼 などの金属精錬部門がある。

負極材として使用される黒鉛：グラファイトは現在、リチウムイオン電池に使用できる唯一の負極材料である。電気伝導性に優れているため、エネルギーを貯蔵するのに適した材料である。

膨張性黒鉛：このタイプのグラファイトタイルは難燃性である。膨張性黒鉛は熱が加わると膨張し、断熱層を形成して延焼を効果的に防ぎます。

潤滑油とシールグラファイトの潤滑特性は、潤滑剤に最適です。機械の摩擦や摩耗を防ぎ、機器の寿命を延ばします。

耐火物：耐火れんがやるつぼなどの高温用途には、安定した黒鉛が使用される。

エレクトロニクス／半導体高純度黒鉛は、安定した導電性と熱安定性が要求される電子部品や半導体の製造によく使用される。

結論

黒鉛の品質は、原料の混合、黒鉛化、機械加工によって決まる。

黒鉛の製造効率と持続可能性は、品質管理、オプションの精製、スクラップ黒鉛のリサイクルによって向上します。その製造は、工業用、電子用、高純度用の均一で安定した黒鉛製品を保証します。Jinsunは、中国における黒鉛製造のリーディングカンパニーの一つです。