مفهوم و کاربردهای گرافیت

گرافیت پایدارترین شکل کربنی است که در طبیعت به صورت کریستالی وجود دارد. رنگ گرافیت سیاه است. مات بوده و مانند فلزات درخشندگی دارد. به آن پلمباگو نیز می­گویند. هنگامی که گرافیت تحت شرایط فشار و دمای بالا قرار می‌گیرد، خود را به الماس تبدیل می‌کند. در گرافیت، اتم‌های کربن خود را به شکل شش ضلعی و شش ضلعی‌ها به صورت لایه‌ای قرار می‌گیرند. ممکن است به شکل کریستالی، بی شکل، توده‌ای و فیبر گرافیت رخ دهد. در ادامه درمورد کاربردهای گرافیت صحبت می­کنیم.

کاربردهای گرافیت

گرافیت کاربردهای زیادی در زندگی روزمره ما دارد که از استفاده در مداد، روان کننده بگیر تا الکترود، باتری و بسیاری از موارد دیگر. این ماده به دلیل خاصیت رسانایی الکتریکی خوب، یک ماده بسیار محبوب در برق و الکترونیک است. امروزه به دلیل تقاضای زیاد برای گرافیت در کوره‌های الکتریکی که با آنتراسیت یا کک تغذیه می‌شوند، گرافیت مصنوعی نیز تولید می‌شود.

گرافیت بیشتر برای مواد نسوز، باتری، فولاد، گرافیت منبسط شده، لنت‌های ترمز، روکش‌های ریخته گری و روان کننده‌ها استفاده می‌شود. گرافن، یک عنصر طبیعی در گرافیت، خواص فیزیکی منحصر به فردی دارد و یکی از قوی‌ترین مواد شناخته شده است. با این حال، فرآیند جداسازی از گرافیت به توسعه فناوری بیشتری نیاز دارد.

پوشش­های نسوز

قبل از سال 1900، استفاده از بوته گرافیتی برای حمل فلزات مذاب آغاز شد. آجر کربن-منیزیت در اواسط دهه 1980 اهمیت پیدا کرد و ترکیب آلومینا-گرافیت کمی دیرتر کشف شد. ترتیب اهمیت انواع آن در حال حاضر به این صورت است: اشکال آلومینا-گرافیت، آجر کربن-منیزیت، یکپارچه و سپس سخت پوستان.

به مرور شروع به استفاده از گرافیت پولکی بسیار بزرگ و آجر کربن-منیزیت کردند که نیاز به گرافیت پولکی نه چندان بزرگ داشتند. اندازه پولک مورد نیاز اکنون بسیار انعطاف پذیرتر است و گرافیت آمورف دیگر محدود به دیرگدازهای پایین نیست.

اشکال مختلف آلومینا-گرافیت به عنوان ظروف ریخته‌گری، مانند نازل‌ها و فرورفتگی‌ها، برای انتقال فولاد مذاب از ملاقه به قالب و آجر منیزیت کربنی که مبدل‌های فولادی و کوره‌های قوس الکتریکی را پوشش می‌دهند تا در برابر دماهای شدید مقاومت کنند، استفاده می‌شود.

بلوک‌های گرافیتی در پوشش‌های کوره استفاده می‌شوند که رسانایی حرارتی بالای گرافیت بسیار حیاتی است. به جای آجر کربن منیزیت، گرافیت یکپارچه با خلوص بالا اغلب به عنوان پوشش کوره پیوسته استفاده می‌شود.

باتری‌ها

در 30 سال گذشته، استفاده از گرافیت در باتری‌ها افزایش یافته است. تمام فن آوری­های باتری اصلی با استفاده از گرافیت طبیعی و مصنوعی ساخته شده است. تقریباً دو برابر گرافیت کربنات لیتیوم توسط باتری لیتیوم یون استفاده می‌شود.

در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990، تقاضا برای باتری‌ها، عمدتاً باتری‌های نیکل-فلز-هیدرید و باتری‌های لیتیوم-یون، باعث افزایش تقاضای گرافیت شد. وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند پخش کننده‌های سی دی قابل حمل و ابزارهای برقی باعث این رشد شده‌اند.

محصولاتی مانند لپ تاپ، تلفن همراه، تبلت و گوشی‌های هوشمند تقاضای باتری را افزایش داده‌اند. باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی تقاضا برای گرافیت را افزایش دادند. به عنوان مثال، در یک نیسان لیف کاملاً الکتریکی، یک باتری لیتیوم یونی تقریباً 40 کیلوگرم گرافیت دارد.

فولادسازی

برای این منظور، گرافیت طبیعی بیشتر برای بالا بردن کربن در فولاد مذاب استفاده می‌شود، اگرچه ممکن است برای روانکاری قالب‌های مورد استفاده برای اکسترود فولاد داغ استفاده شود. عرضه جمع کننده‌های کربن بسیار رقابتی است و بنابراین با کاهش قیمت از جایگزین‌هایی مانند پودر گرافیت مصنوعی، کک نفتی و سایر اشکال کربن استفاده می­شود. برای بالا بردن میزان کربن فولاد به سطح مشخص شده، یک افزایش دهنده کربن اضافه می‌شود.

لنت‌های ترمز

برای وسایل نقلیه سنگین‌تر (غیر خودرویی)، گرافیت طبیعی آمورف و ورقه‌ای ریز در لنت ترمز یا کفشک ترمز استفاده می‌شود و با نیاز به جایگزینی آزبست اهمیت پیدا کرده است. این استفاده برای مدت طولانی مهم بوده است، اما ترکیبات غیرآزبست آلی (NAO) شروع به کاهش سهم بازار گرافیت کرده است. هیچ منفعتی در تکان دادن صنعت لنت ترمز با تعطیلی برخی کارخانه‌ها همچنین و بازار خودرو وجود نداشت.

روکش‌های ریخته گری و روان کننده‌ها

ریخته گری قالب یک رنگ گرافیت پولکی آمورف یا ریز بر پایه آب است. رنگ آمیزی داخل قالب با آن و خشک شدن آن باعث می‌شود که یک پوشش گرافیتی ظریف ایجاد شود که جداسازی جسم ریخته شده را پس از سرد شدن فلز داغ آسان‌تر می‌کند.

روان کننده‌های گرافیت اقلام خاصی هستند که می‌توانند در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین مورد استفاده قرار گیرند، مانند فورج روان کننده، روان کننده چرخ دنده ماشین معدن و روان کننده قفل. داشتن گرافیت کم یا حتی بهتر از آن گرافیت بدون شن (خلوص فوق العاده بالا) بسیار مطلوب است. می‌توان آن را در آب یا روغن به عنوان یک پودر خشک یا به عنوان گرافیت کلوئیدی (سوسپانسیون دائمی در مایع) استفاده کرد.

گرافیت کربن در صنعت

گرافیت‌ها دسته‌ای از مواد کربنی هستند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این گرافیت‌ها می‌توانند به دو دسته اصلی گرافیت کم سولفور و گرافیت پر سولفور تقسیم شوند. در ادامه به معرفی هر یک از این دسته‌ها می‌پردازیم:

گرافیت کم سولفور:

- گرافیت کم سولفور دارای مقدار کمی از عنصر گوگرد (سولفور) در ترکیب خود است که به نسبت‌های بسیار کمتر از 1 درصد و گاهی حتی کمتر از 0.1 درصد وجود دارد.

- این نوع گرافیت معمولاً به عنوان گرافیت نیمه گرافیت تقویت شده شناخته می‌شود و در بسیاری از صنایع به خصوص صنایع متالورژیک به عنوان یک عامل آلیاژی به کار می‌رود. به دلیل کمتر بودن مقدار سولفور در آن، مقاومت به حرارت و فشار بالاتری نسبت به گرافیت پر سولفور دارد.

- گرافیت کم سولفور به عنوان یک ماده پایدار و کارآمد در فرآیندهای مختلف مانند تولید فولاد، ساخت قطعات خودرو، و تولید مواد آنودیزه استفاده می‌شود.

گرافیت پر سولفور:

- این نوع گرافیت دارای مقادیر بالایی از عنصر سولفور است، به طور کلی بیش از 1 درصد سولفور در ترکیب خود دارد.

- گرافیت پر سولفور در فرآیندهای صنایعی مانند تولید فولاد و فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در فرآیند تصفیه فلزات معدنی، گرافیت پر سولفور برای جذب و حذف عنصر‌های مضری مانند سولفور از فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در هر دو نوع گرافیت کم سولفور و گرافیت پر سولفور، خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی متفاوتی وجود دارد که از ترکیب دقیق عناصر مختلف آنها ناشی می‌شود. انتخاب نوع مناسب گرافیت بستگی به نیازهای مشخص هر صنعت و فرآیند دارد.

گرافیت مداد

مدادها از قرن شانزدهم از سرب‌های گرافیت طبیعی انگلیسی ساخته شده‌اند، اما سرب مدادی مدرن معمولاً مخلوطی از گرافیت پودری و خاک رس است. آن را نیکولا ژاک کونته در سال 1795 اختراع کرد. از نظر شیمیایی با سرب فلزی که سنگ معدن آن شبیه به هم به نظر می‌رسید، ارتباطی ندارد.

Plumbago اصطلاح قدیمی دیگری است که برای ترسیم گرافیت طبیعی، معمولاً به عنوان یک توده معدنی بدون قاب چوبی، استفاده می‌شود. اصطلاح طراحی پلمباگو معمولاً به آثار قرن هفدهم و هجدهم محدود می‌شود، عمدتاً پرتره. امروزه مدادها هنوز یک بازار گرافیت طبیعی کوچک اما مهم هستند.

تقریباً 7 درصد از 1.1 میلیون تن گرافیت تولید شده در سال 2011 برای ساخت مداد استفاده شده است.

فناوری گرافن

ورق‌های غلتکی گرافن 10 برابر سبک‌تر از فولاد و همچنین 100 برابر قوی‌تر هستند. چنین ورق نوردی به عنوان گرافن نیز شناخته می‌شود و این مشتق گرافیت قوی‌ترین ماده شناسایی شده در جهان است و برای تولید تجهیزات ورزشی فوق العاده قوی و سبک استفاده شده است.

گرافن در برابر مواد شیمیایی مقاومت نشان می‌دهد، رسانایی الکتریکی بالا و جذب نور کم دارد. خواص آن، آن را به عنوان ماده‌ای برای کاربردهای آینده مناسب می‌کند. در ایمپلنت‌های پزشکی مانند قلب مصنوعی، قطعات الکترونیکی انعطاف پذیر و در ساخت قطعات هواپیما استفاده می‌شود.

ساختار کریستالی

گرافیت به طور طبیعی در شکستگی سنگ یا به صورت توده‌های آمورف مانند پوسته‌ها و رگه‌ها وجود دارد. یک صفحه تخت از اتم‌های کربن با پیوند قوی در سلول‌های شش ضلعی، ساختار کریستالی پایه گرافیت است. به این ورقه‌ها گرافن می گویند، اما پیوندهای عمودی بین ورقه‌ها بسیار ضعیف است.

ضعف این پیوندهای عمودی باعث می‌شود که ورق‌ها روی یکدیگر بلغزند و شکاف دهند. با این حال، اگر ورق گرافن به صورت افقی تراز شده و نورد شود، ماده به دست آمده 100 برابر قوی‌تر از فولاد است.

استفاده‌های دیگر

در باتری‌های روی کربنی، در برس های موتور الکتریکی و در کاربردهای تخصصی مختلف، گرافیت طبیعی کاربردهایی پیدا کرده است. سختی یا نرمی متفاوت گرافیت وقتی به عنوان یک ابزار هنری استفاده می‌شود، کیفیت‌ها و رنگ‌های متفاوتی را به همراه دارد.

Railway گرافیت را با روغن‌های باطله یا روغن بذر کتان مخلوط می‌کند تا یک پوشش محافظ مقاوم در برابر حرارت برای بخش‌های در معرض دید لوکوموتیو بخار، مانند جعبه دود یا قسمت پایینی جعبه آتش، ایجاد کند.

معرفی بازار خرید انواع گرافیت

خرید گرافیت در صنعت به وسیله سایت تجارتگرام به شما این امکان را می‌دهد که به صورت مستقیم و بدون واسطه با تولید کننده‌ها و فروشندگان مرتبط با این صنعت ارتباط برقرار کنید. این روش ارتباط مستقیم با تامین‌کنندگان به شما اجازه می‌دهد تا از تنوع گسترده‌ای از محصولات گرافیتی استفاده کنید و به راحتی قیمت‌های روز این مواد را مشاهده کنید. از این طریق، شما می‌توانید تصمیم‌گیری‌های بهتری در خصوص خرید مواد گرافیتی برای نیازهای صنعتی خود اتخاذ کنید و به صورت مستقیم با تامین‌کنندگان معتبر در ارتباط باشید. تجارتگرام به عنوان یک پلتفرم مطمعن و مورد تایید در عرصه تجارت آنلاین، به شما این امکان را می‌دهد که به سادگی از منابع معتبر و منطقه‌ای برای تأمین گرافیت بهره‌برداری کنید.

جمع بندی

ریخته گری ، مداد و غیره از کاربردهای سنتی گرافیت هستند. کاربردهای پیچیده‌تر گرافیت شامل پوشش­های نسوز مورد استفاده در تولید فولاد، سیمان و شیشه، واشرهای آب‌بندی مبتنی بر گرافیت، گریس گرافیت، قیطان، برس‌ها، پوشش ترمز و غیره است.

همچنین در کاربردهای ویژه‌ای مانند صنایع هسته‌ای، تهویه کننده خاک و فویل‌های گرافیتی که برای آب بندی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی و در صنایع انرژی، مهندسی و خودروسازی، استفاده می‌شود.

همچنین به عنوان یک افزودنی حیاتی در مقادیر کم برای تولید پوشش‌های ریخته گری برای جلوگیری از ذوب فلز مایع با ماسه بر روی قالب یا سطح هسته استفاده می‌شود. این گونه پوشش‌ها یا اسپری می‌شوند یا به صورت سوسپانسیون یا گردگیری رنگ می‌شوند یا به صورت پودر خشک مالیده می‌شوند.

گرافیت مورد استفاده برای پوشش از کیفیت بالایی برخوردار است که سطح صافی به قالب می‌دهد. برای دریافت مشاوره و قیمت گرافیت مد نظرتان با تجارتگرام تماس بگیرید.