합성 흑연: 종합 가이드

합성 흑연은 인조 흑연의 또 다른 용어이기도 합니다. 다양한 종류가 있으며 성능이 뛰어납니다. 산업 생산에 없어서는 안 될 탄소 기반 소재입니다. 앞으로 합성 흑연은 혁신과 친환경을 향해 발전할 수 있습니다!

합성 흑연 정의

합성 흑연은 인위적으로 합성 및 변형된 비정질 탄소 소재입니다. 일반적으로 석탄, 석유 코크스 등 탄소질 원료로 고온 처리 및 흑연화 공정을 거쳐 생산됩니다. 천연 흑연과 전기적, 열적, 고온 저항 특성은 비슷하지만 필요에 따라 순도와 구조를 변경할 수 있습니다.

합성 흑연 속성

물리적 속성

합성 흑연은 전기 및 열 전도성이 뛰어납니다. 전극, 배터리 및 열 관리용 전극을 만드는 데 매우 적합한 소재입니다. 게다가 합성 흑연은 극한의 고온 환경에서도 견딜 수 있습니다. 즉, 야금 및 화학 산업에서 내화 재료 및 고온 용광로 라이닝으로 사용할 수 있습니다. 또한 상대적으로 밀도가 낮기 때문에 구조물의 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 동시에 높은 비표면적을 유지하여 촉매 및 흡착 공정에서 성능을 향상시킵니다.

화학적 특성

합성 흑연은 내식성과 화학적 안정성이 뛰어납니다. 예를 들어 광범위한 산, 염기 및 유기 용제에 대한 내성이 있습니다. 따라서 화학 장비의 라이닝 및 저장 탱크 제조에 사용하기에 적합합니다. 또한 합성 흑연은 화학 구조의 안정성을 유지하고 고온에서 우수한 산화 저항성을 나타낼 수 있습니다. 이는 고온 용광로 및 열처리 장비와 같은 고온 응용 분야에서 특히 중요합니다.

기계적 특성

합성 흑연은 강도와 경도가 높아 큰 기계적 하중을 견디고 마모에 강합니다. 따라서 합성 흑연은 기계 부품, 구조 재료 및 내마모성 재료의 제조에 매우 유용합니다. 동시에 합성 흑연의 가소성 덕분에 다양한 가공 기술을 통해 다양한 모양과 크기로 만들 수 있어 산업 응용 분야에서 유연성을 높일 수 있습니다. 또한 내마모성이 뛰어나 브레이크 패드, 씰 및 기타 마찰 재료의 제조에 이상적입니다.

천연 흑연 VS 합성 흑연

구조

천연 흑연은 단일 탄소 원소로 구성되어 있으며, 결정 구조는 육각형 층 구조인 육각형 결정계에 속합니다.

합성 흑연은 결정학적으로 다결정질과 유사하며 다상 물질로 볼 수도 있습니다. 흑연화 후 합성 흑연은 천연 흑연보다 탄소 원자의 배열과 층간 간격이 더 질서정연합니다.

열 전도성

천연 흑연의 열전도율은 일반적으로 합성 흑연보다 우수하며, 흑연의 순도와 결정 구조에 따라 이론적으로 2000W/m-K에 달할 수 있습니다. 층상 구조로 인해 층 내에서 열이 빠르게 전도되므로 고온 응용 분야에 탁월합니다.

합성 흑연의 열전도율은 일반적으로 수백에서 1000W/m-K 사이입니다. 이는 종종 생산 공정과 원료의 품질에 따라 달라집니다.

전기 전도성

천연 흑연의 전기 전도도는 일반적으로 결정 구조와 불순물 함량에 따라 10^4에서 10^6 S/m 사이입니다. 천연 흑연은 전자가 층 사이를 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 특히 평면 방향에서 전기 전도도가 높습니다.

합성 흑연의 전기 전도도는 일반적으로 10^3~10^5 S/m로 천연 흑연보다 낮습니다. 이는 합성 흑연의 구조와 흑연화 정도가 천연 흑연만큼 완벽하지 않아 전자의 이동에 일정한 제한이 있기 때문입니다.

합성 흑연 제조 공정

1. 원재료 혼합

순도가 높고 결정성이 좋은 석유코크스, 침상코크스 등을 골재로 선택합니다. 그런 다음 석탄, 타르, 피치 등과 같은 바인더와 일정 비율로 혼합하고 150~200°C의 온도에서 반죽 장비에서 반죽합니다. 이렇게 하면 바인더가 골재 입자 표면에 고르게 감싸져 플라스틱 페이스트가 형성됩니다. 일반적으로 피치를 합성 흑연용 바인더로 정의합니다.

2. 성형

압축 성형: 페이스트를 몰드에 넣고 10~50MPa의 압력을 가하여 블록, 플레이트 등 몰드에서 원하는 모양으로 페이스트가 형성되도록 합니다.

압출 몰딩: 전극과 같은 제품의 경우 압출기의 금형을 통해 페이스트를 압출하여 원통형 또는 기타 특정 모양의 녹색 몸체를 형성합니다.

3. 열처리

탄화: 모양의 녹색 빌릿을 탄화로에 넣습니다. 그런 다음 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스의 보호 아래에서 분당 1~5°C의 가열 속도로 800~1000°C까지 가열합니다. 이 과정에서 바인더의 비탄소 원소는 가스 형태로 빠져나가고 남은 탄소는 골재 입자를 더욱 결합시킵니다.

그래피타이제이션: 그런 다음 탄화체를 흑연화로에 넣고 분당 5~10°C의 가열 속도로 2500~3000°C까지 가열합니다. 이 고온에서 탄소 원자가 재배열되고 결정 구조가 점차 흑연 구조로 바뀌게 됩니다.

합성 흑연 용도

- 배터리 산업:

합성 흑연 음극은 이론적으로 높은 비용량, 우수한 사이클링 안정성 및 낮은 리튬 인터칼레이션 잠재력을 가지고 있습니다. 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 리튬 이온 배터리 제품에 사용되어 배터리의 전반적인 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 흑연은 마그네슘, 알루미늄 등의 전해질 전지의 음극을 전기분해하는 데 사용됩니다.

- 제철 및 야금 산업:

제철 산업에서 흑연을 침탄제로 사용할 수 있습니다. 전기 아크로 제강 공정에서 흑연은 전극 는 전기 에너지를 전달하는 전도성 전극 역할을 합니다. 용광로전하를 녹이는 전기 아크를 생성합니다. 전기 전도성, 고온 저항성 및 화학적 안정성이 우수합니다. 따라서 전기 아크로의 강한 전류 및 슬래그 침식과 같은 가혹한 조건을 견딜 수 있습니다. 현대 철강 산업에서 흑연 전극은 특수강 및 합금강과 같은 고품질 강재 생산에 없어서는 안 될 핵심 소재입니다.

- 마찰 머티리얼:

흑연은 기계식 변속기 시스템의 클러치, 자동차의 브레이크 패드, 고온 윤활제 마찰 재료 제조에 사용됩니다. 예를 들어, 합성 흑연의 윤활성과 내열성은 흑연 분말 마찰 계수를 줄이고 마모를 줄일 수 있습니다. 따라서 마찰 재료의 수명과 성능을 향상시킵니다. 이를 통해 자동차, 기차 및 기타 차량의 제동 및 변속기 시스템의 정상적인 작동을 보장합니다. 또한, 새롭게 떠오르는 합성 흑연 과립 브레이크 패드는 마찰 및 제동 성능이 더욱 뛰어납니다. 이 유형의 브레이크 패드는 수지와 흑연 합성으로 만들어집니다.

- 방열 및 조명 재료:

전력 트랜지스터, 정류기, 인버터 등과 같은 전력 전자 장치에서는 열을 발산하기 위해 합성 흑연 시트를 사용합니다. 이러한 장치는 작동할 때 많은 열을 발생시킵니다. 따라서 열을 잘 방출하면 장비의 신뢰성과 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 또한 과열로 인한 고장과 성능 저하를 줄여줍니다. 예를 들어, LED 조명은 작업 과정에서 열이 발생하는데, 제때 열을 방출하지 못하면 LED의 발광 효율과 수명에 영향을 미칩니다. 합성 흑연 시트를 LED 칩이나 방열 기판에 부착하여 열을 효과적으로 방출할 수 있습니다. 이를 통해 LED 조명 시스템의 정상적인 작동을 보장하고 조명 품질과 에너지 절약 효과를 향상시킬 수 있습니다.

- 항공우주 및 방위 산업:

녹는점이 높고 열 충격에 강하며 내식성이 뛰어납니다. 핵연료와 고온 가스 냉각 원자로의 피복재로 사용할 수 있습니다. 또한 흑연은 우주 로켓용 노즐, 항공우주 엔진 부품, 단열 구조재 등을 제조하는 데도 사용됩니다.

국가 합성 흑연 생산량

중국은 세계 최대의 흑연 생산국입니다. 2023년 흑연 생산량은 2612만 톤에 달하며, 이 중 합성 흑연 생산량은 53751만 톤, 천연 흑연은 4625만 톤을 차지합니다. 중국의 합성 흑연 수출 및 순 수출은 지속적으로 증가하고 있으며 무역 흑자는 확대 추세를 보이고 있습니다.

2021 년 합성 흑연 음극재 시장은 97.58%의 시장을 차지했습니다. 시장 상황에서 볼 때 합성 흑연 음극재 시장에서 중급 제품의 주류 가격 범위는 톤당 US$2,700-4,100입니다. 그중 고급 전력 제품의 주류 가격 범위는 톤당 US$3,700-4,700입니다. 저가형 제품의 주류 가격 범위는 톤당 US$2,100-3,10o입니다.