Diferencias y conexiones entre el grafito natural y artificial

1. Clasificación y características del grafito.

1.1 Grafito Natural

El grafito natural se forma a partir de materia orgánica rica en carbono bajo exposición prolongada a altas temperaturas y presiones en ambientes geológicos; es una cristalización de la naturaleza. Las características de procesamiento del grafito natural dependen principalmente de su morfología cristalina. Los minerales con diferentes morfologías cristalinas tienen diferentes valores y usos industriales. Hay muchos tipos de grafito natural. Según las diferentes morfologías cristalinas, industrialmente el grafito natural se divide en tres categorías: grafito cristalino denso, grafito en escamas y grafito criptocristalino. En mi país, existen principalmente dos categorías principales: grafito en escamas y grafito criptocristalino.

1.2 Grafito artificial

El grafito artificial es similar a los materiales policristalinos en cristalografía. Existen muchos tipos de grafito artificial y sus procesos de producción varían mucho. En términos generales, todos los materiales de grafito obtenidos mediante la carbonización de materia orgánica seguida de grafitización a alta temperatura pueden denominarse colectivamente grafito artificial, como la fibra de carbono (grafito), el carbono pirolítico (grafito) y el grafito espumado. En un sentido estricto, el grafito artificial generalmente se refiere a un material sólido en bloques producido utilizando materias primas carbonosas con bajo contenido de impurezas (coque de petróleo, coque de brea, etc.) como agregados y brea de alquitrán de hulla como aglutinantes, mediante procesos como dosificación, mezcla, moldeado, carbonización (conocida industrialmente como calcinación) y grafitización. Los ejemplos incluyen electrodos de grafito y grafito prensado isostático en caliente.

DHM-918 High-Purity Graphite Block for Manufacturing

2. Diferencias y conexiones entre el grafito natural y el grafito artificial

Dado que el grafito artificial producido a partir de grafito natural suele ser en sentido estricto, este análisis se centrará en las diferencias y conexiones entre el grafito natural y el grafito artificial en este sentido estricto.

2.1 Estructura cristalina

Grafito natural: el desarrollo del cristal es relativamente completo. El grado de grafitización del grafito en escamas es superior al 98%, mientras que el grado de grafitización del grafito microcristalino natural suele ser inferior al 93%.

Grafito artificial: el grado de desarrollo del cristal depende de las materias primas y de la temperatura del tratamiento térmico. Generalmente, cuanto mayor sea la temperatura del tratamiento térmico, mayor será el grado de grafitización. Actualmente, el grado de grafitización del grafito artificial producido industrialmente suele estar por debajo del 90%.

2.2 Microestructura

Grafito en escamas naturales: un monocristal con una microestructura relativamente simple, que contiene solo defectos cristalográficos (como defectos puntuales, dislocaciones, fallas de apilamiento, etc.), que exhibe características anisotrópicas macroscópicamente. El grafito microcristalino natural tiene granos más pequeños, granos dispuestos aleatoriamente y poros después de la eliminación de impurezas, exhibiendo características isotrópicas macroscópicamente.

Grafito artificial: Puede considerarse un material multifásico, incluida la fase de grafito transformada a partir de partículas carbonosas como coque de petróleo o coque de brea, la fase de grafito transformada a partir del aglutinante de alquitrán de hulla que rodea las partículas y los poros formados después de la acumulación de partículas o el tratamiento térmico del aglutinante de alquitrán de hulla.

2.3 Morfología Física

Grafito natural: normalmente existe en forma de polvo y se puede utilizar solo, pero suele utilizarse en combinación con otros materiales.

Grafito artificial: tiene varias formas, incluidas polvo, fibras y bloques, pero en un sentido estricto, el grafito artificial suele estar en forma de bloques y debe procesarse para darle una forma específica para su uso.

2.4 Propiedades fisicoquímicas

En términos de propiedades fisicoquímicas, el grafito natural y el grafito artificial comparten algunos puntos en común pero también presentan diferencias. Por ejemplo, tanto el grafito natural como el artificial son buenos conductores del calor y la electricidad. Sin embargo, para los polvos de grafito de la misma pureza y tamaño de partícula, el grafito en escamas natural tiene la mejor conductividad térmica y eléctrica, seguido del grafito microcristalino natural, y el grafito artificial tiene la más baja. El grafito posee buena lubricidad y cierto grado de plasticidad. El grafito en escamas natural, con su estructura cristalina más desarrollada, tiene un coeficiente de fricción más bajo, lo que da como resultado la mejor lubricidad y la mayor plasticidad. Los siguientes son el grafito cristalino denso y el grafito criptocristalino, mientras que el grafito artificial es el peor.

SGL R8710 Isostatic Graphite Sheet for Industrial Use

3. Áreas de aplicación del grafito natural y artificial

El grafito posee muchas propiedades excelentes, por lo que encuentra una amplia aplicación en la metalurgia, la maquinaria, la ingeniería eléctrica, la industria química, los textiles y la industria de defensa. Los campos de aplicación del grafito natural y artificial se superponen en cierta medida, pero también difieren.

3.1 Industria metalúrgica

En la industria metalúrgica, el grafito en escamas natural, debido a su buena resistencia a la oxidación, se puede utilizar para producir materiales refractarios como ladrillos de magnesia-carbono y ladrillos de alúmina-carbono. El grafito artificial se puede utilizar como electrodos en la fabricación de acero, mientras que los electrodos hechos de grafito natural son difíciles de usar en las exigentes condiciones de funcionamiento de los hornos eléctricos de fabricación de acero.

3.2 Industria de maquinaria

En la industria de la maquinaria, los materiales de grafito se utilizan comúnmente como materiales lubricantes y resistentes al desgaste. El grafito en escamas naturales tiene buena lubricidad y se utiliza a menudo como aditivo en aceites lubricantes. Los equipos que transportan medios corrosivos utilizan ampliamente anillos de pistón, sellos y cojinetes hechos de grafito artificial, que no requieren la adición de aceite lubricante durante el funcionamiento. En estos campos también se pueden utilizar materiales compuestos de grafito natural y resinas poliméricas, pero su resistencia al desgaste no es tan buena como la del grafito artificial.

3.3 Industria química

El grafito artificial tiene características como resistencia a la corrosión, buena conductividad térmica y baja permeabilidad, y se usa ampliamente en la industria química para fabricar equipos como intercambiadores de calor, tanques de reacción, torres de absorción y filtros. En estos campos también se pueden utilizar materiales compuestos de grafito natural y resinas poliméricas, pero su conductividad térmica y resistencia a la corrosión no son tan buenas como las del grafito artificial.