Erklären Sie im Detail den Unterschied zwischen Kohlenstoffmaterialien und Graphitmaterialien

Erklären Sie im Detail den Unterschied zwischen Kohlenstoffmaterialien und Graphitmaterialien

Da Kohlenstoffmaterialien und Graphitmaterialien viele Ähnlichkeiten in Aussehen und Eigenschaften aufweisen, wissen viele Menschen nicht, wie sie die Beziehung zwischen den beiden in der Realität unterscheiden sollen. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung.

Kohlenstoff kommt in den drei häufigsten Allotropen vor: amorpher Kohlenstoff, Graphit und Diamant.

Molekulare Struktur und Aussehen von Diamant

Diamant

Es ist ein Mineral, das aus Kohlenstoff besteht. Diamant ist die härteste Substanz der Natur und wird als „König der Härte“ und „König der Edelsteine“ bezeichnet. Der Winkel des Diamantkristalls beträgt 54 Grad, 44 Minuten und 8 Sekunden. In den 1950er Jahren stellten die Vereinigten Staaten erfolgreich künstliche Diamanten unter Verwendung von Graphit als Rohmaterial unter hoher Temperatur und hohem Druck her. Heutzutage werden künstliche Diamanten häufig in der Produktion und im Leben verwendet.

Amorpher Kohlenstoff

Bezieht sich im Allgemeinen auf Holzkohle, Koks, Knochenkohle, Zuckerkohle, Aktivkohle und Ruß usw. Mit Ausnahme von Knochenkohle, die etwa 10 % Kohlenstoff enthält , sind die anderen Hauptbestandteile elementarer Kohlenstoff. Kohle ist natürlich vorkommender amorpher Kohlenstoff, der einige Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff usw. enthält. Der sogenannte amorphe Kohlenstoff bezieht sich nicht auf die Form, in der diese Stoffe vorliegen, sondern auf ihre innere Struktur. Tatsächlich handelt es sich bei ihrer inneren Struktur nicht um einen echten amorphen Körper, sondern um einen Kristall mit einer ähnlichen Struktur wie Graphit, aber die durch die hexagonale Ringebene der Kohlenstoffatome gebildete Schichtstruktur ist unordentlich und unregelmäßig und die Kristallbildung ist fehlerhaft. Die Partikel sind klein und enthalten eine geringe Menge an Verunreinigungen.

Der größte Teil des amorphen Kohlenstoffs ist eine graphitische Schichtstruktur, in der die Molekülfragmente etwa parallel zueinander und unregelmäßig aufeinander gestapelt sind, was als turbostratische Struktur bezeichnet werden kann. Die Zwischenschichten oder Fragmente sind durch Kohlenstoffatombindungen im tetraedrischen Bindungsmodus der Diamantstruktur verbunden. Wenn der Anteil an Kohlenstoffatomen in diesem Tetraeder groß ist, ist der amorphe Kohlenstoff relativ hart, beispielsweise Koks und Glaskohlenstoff.

Molekulare Struktur und Aussehen von amorphem Kohlenstoff

Unter Kohlenstoffprodukten, die üblicherweise in der Industrie verwendet werden, versteht man Kohlenstoffprodukte, die aus amorphen Kohlenstoffrohstoffen (wie Kohle, Petrolkoks, Pechkoks usw.) gereinigt werden. Bei unterschiedlichen Rohstoffen und Verarbeitungstechniken variiert der Anteil der Graphitkristallstruktur, der in der Kristallstruktur des Kohlenstoffelements in solchen Kohlenstoffprodukten enthalten ist. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Komponenten der Graphitkristallstruktur enthalten sind, desto höher ist die Reinheit des Kohlenstoffs und desto höher sind Leistung und Preis.

Da der wesentliche Unterschied zwischen Kohlenstoffmaterialien und Graphitmaterialien nicht groß ist, werden viele Kohlenstoffprodukte auch als „ Graphit XX“ bezeichnet . Dies ist auch die Ursache für die Verwechslung der beiden Vokabularkonzepte Graphit und Kohlenstoff. Beispielsweise werden die in der Stahlindustrie üblicherweise verwendeten großen Elektroden als „ Graphitelektroden “ bezeichnet . Tatsächlich handelt es sich um Kohlenstoffprodukte und nicht um Elektroden aus Graphit im eigentlichen Sinne. Vom Aussehen her sind übliche Kohlenstoffprodukte groß, wie etwa Elektroden für die Metallurgie, Auskleidungssteine ​​(Kohlenstoffblöcke) für Schmelzöfen, Kohlenstoffheizkörper usw.

Molekulare Struktur und Aussehen von Graphit

Graphit

Es ist ein Allotrop des Elements Kohlenstoff. Jedes Kohlenstoffatom ist von drei anderen Kohlenstoffatomen umgeben (in mehreren Sechsecken in einem Wabenmuster angeordnet) und mit kovalenten Bindungen zu einem kovalenten Molekül verbunden. Da jedes Kohlenstoffatom ein Elektron abgibt, können sich diese Elektronen frei bewegen,  Graphit ist also ein elektrischer Leiter. Graphit kann in natürlichen Graphit und künstlichen Graphit eingeteilt werden. Natürliches Graphiterz wird in erdigen Graphit und Flockengraphit unterteilt, wobei Flockengraphit ein Naturgraphit höherer Qualität ist.

Künstlicher Graphit bezieht sich auf Graphitmaterialien, die durch Weiterverarbeitung von Kohlenstoffmaterialien der amorphen Kohlenstoffklassifikation gewonnen werden, um die Reinheit des Kohlenstoffs zu verbessern und den Anteil der graphitähnlichen Kristallstruktur weiter zu erhöhen. Graphitmaterialien können wie Kohlenstoffmaterialien zu Industrieprodukten wie Elektroden und feuerfesten Materialien verarbeitet werden. Aufgrund seiner besseren Eigenschaften wird es jedoch in vielen High-End-Bereichen eingesetzt. Zum Beispiel hochtemperaturbeständige Schmierstoffe, Beschichtungsmodifizierung von Batteriematerialien usw.

Kohlenstoff- und Graphitmaterialien sind nichtmetallische Feststoffe, die hauptsächlich aus Kohlenstoffelementen bestehen. Kohlenstoffmaterialien bestehen im Wesentlichen aus Nicht-Graphit-Kohlenstoff, während Graphitmaterialien im Wesentlichen aus Graphit-Kohlenstoff bestehen. Der Einfachheit halber werden Kohlenstoff- und Graphitmaterialien manchmal zusammenfassend als Kohlenstoffmaterialien bezeichnet.

Kohlenstoffprodukte können je nach Produktverwendung in Graphitelektroden, Kohlenstoffblöcke, Graphitanoden, Kohlenstoffelektroden, Pasten, elektrische Kohlenstoffe, Kohlenstofffasern, Spezialgraphite, Graphitwärmetauscher usw. unterteilt werden. Graphitelektroden können entsprechend der zulässigen Stromdichte in gewöhnliche Leistungsgraphitelektroden, Hochleistungselektroden und Ultrahochleistungselektroden unterteilt werden. Kohlenstoffblöcke können je nach Verwendungszweck in Hochofen-Kohlenstoffblöcke, Aluminium-Kohlenstoffblöcke, Elektroofenblöcke usw. unterteilt werden.

Kohlenstoffprodukte können je nach Verarbeitungstiefe in Kohlenstoffprodukte, Graphitprodukte, Kohlenstofffasern und Graphitfasern unterteilt werden. Kohlenstoffprodukte können je nach Rohstoff und Produktionsverfahren in Graphitprodukte, Kohlenstoffprodukte, Kohlenstofffasern, Spezialgraphitprodukte usw. unterteilt werden. Kohlenstoffprodukte können entsprechend der Größe des Aschegehalts in Produkte mit mehr Asche und weniger Ascheprodukte (mit einem Aschegehalt von weniger als 1 %) unterteilt werden.

Graphit ist in der Industrie weit verbreitet und wird in fast allen Branchen eingesetzt. Künstlicher Graphit wird meist in der Industrie verwendet, sogenannter Spezialgraphit. Je nach Entstehungsart lässt es sich in folgende Typen einteilen.

1. Isostatischer Graphit . Das ist es, was viele Leute als „Three High“-Graphit bezeichnen, aber „Three High“ bedeutet nicht gleichbedeutend mit isostatischem Pressen.

2. Geformter Graphit

3. Extrudierter Graphit, meist Elektrodenmaterial.

Entsprechend der Partikelgröße von Graphit kann es auch in feinstrukturierten Graphit, mittelgroben Graphit ( allgemeine Partikelgröße ca. 0,8 mm) und Elektrodengraphit (2–4 mm) unterteilt werden. .

Die chinesischen nationalen technischen Standards und ministeriellen technischen Standards für Kohlenstoffprodukte werden nach unterschiedlichen Produktverwendungen und unterschiedlichen Produktionsverfahren klassifiziert. Diese Klassifizierungsmethode spiegelt im Wesentlichen die unterschiedlichen Verwendungs- und Produktionsprozesse von Produkten wider und ist auch für die Buchhaltung geeignet. Daher übernimmt ihre Berechnungsmethode auch diesen Klassifizierungsstandard. Nachfolgend werden die Klassifizierung und Beschreibung von Kohlenstoffprodukten vorgestellt.

I.  Kohlenstoff- und Graphitprodukte

(1) Graphitelektroden

Es besteht hauptsächlich aus Petrolkoks und Nadelkoks, als Bindemittel wird Steinkohlenteerpech verwendet. Es wird durch Kalzinieren, Dosieren, Kneten, Pressen, Rösten, Graphitieren und Bearbeiten hergestellt. In einem Lichtbogenofen wird elektrische Energie in Form eines Lichtbogens freigesetzt. Erhitzte und geschmolzene Leiter können entsprechend ihren Qualitätsindikatoren in Normalleistung, Hochleistungsleiter und Ultrahochleistungsleiter unterteilt werden. Zu den Graphitelektroden gehören:

(1) Gewöhnliche Graphitelektrode. Es ist erlaubt, Graphitelektroden mit einer Stromdichte von weniger als 17 A/cm2 zu verwenden, die hauptsächlich in Elektroöfen mit gewöhnlicher Leistung für die Stahlherstellung, das Schmelzen von Silizium, das Schmelzen von gelbem Phosphor usw. verwendet werden.

(2) Antioxidationsbeschichtete Graphitelektrode. Eine mit einer Antioxidationsschutzschicht beschichtete Graphitelektrode bildet eine Schutzschicht, die sowohl leitend als auch beständig gegen Hochtemperaturoxidation ist und so den Elektrodenverbrauch bei der Stahlherstellung reduziert.

(3) Hochleistungs-Graphitelektrode. Es dürfen Graphitelektroden mit einer Stromdichte von 18–25 A/cm2 verwendet werden, die hauptsächlich in Hochleistungs-Lichtbogenöfen für die Stahlherstellung verwendet werden.

(4) Ultrahochleistungs-Graphitelektrode. Es dürfen Graphitelektroden mit einer Stromdichte von mehr als 25 A/cm2 verwendet werden. Wird hauptsächlich in Elektrolichtbogenöfen für die Ultrahochleistungsstahlherstellung verwendet.

(2) Graphitanoden

Es besteht hauptsächlich aus Petrolkoks als Rohmaterial und Kohlepech als Bindemittel und wird durch Kalzinieren, Dosieren, Kneten, Pressen, Rösten, Imprägnieren, Graphitieren und Bearbeiten hergestellt. Wird im Allgemeinen als leitfähige Anode für Elektrolysegeräte in der elektrochemischen Industrie verwendet. enthalten:

(1) Anodenplatten für verschiedene chemische Industrien.

(2) Verschiedene Anodenstäbe.

(3) Spezialgraphit

Verwenden Sie hauptsächlich hochwertigen Petrolkoks als Rohstoff, Kohlenteerpech oder Kunstharz als Bindemittel, nach der Rohstoffvorbereitung, Dosierung, Kneten, Tablettierung, Zerkleinerung, erneutem Kneten, Formen, mehrfachem Rösten, mehrfacher Imprägnierung, Reinigung und Graphitierung, hergestellt durch maschinelle Verarbeitung. Wird im Allgemeinen in der Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Nuklearindustrie eingesetzt.

Es umfasst spektral reinen Graphit, hochreinen, hochfesten, hochdichten und pyrolytischen Graphit.

(4) Graphit-Wärmetauscher

Es handelt sich um ein undurchlässiges Graphitprodukt für den Wärmeaustausch, das durch Verarbeitung von künstlichem Graphit in die gewünschte Form, Imprägnierung und Verfestigung mit Harz hergestellt wird. Es handelt sich um eine Wärmeaustauschanlage, die aus künstlichem, undurchlässigem Graphit hergestellt wird. Wird in der chemischen Industrie verwendet. enthalten:

(1) Blockloch-Wärmetauscher;

(2) Radialwärmetauscher;

(3) Fallfilmwärmetauscher;

(4) Rohrwärmetauscher.

(5) Kohlenstoffelektroden

Verwendung von kohlenstoffhaltigen Materialien wie Anthrazit und Hüttenkoks (oder Petrolkoks) als Rohstoffe, Kohlenteerpech als Bindemittel und leitfähigen Elektroden, die durch Formpressen ohne Graphitierung gebrannt werden. Es ist nicht für Elektroöfen geeignet, in denen hochwertiger legierter Stahl geschmolzen wird. enthalten:

 (1) Ascheelektroden (aus Anthrazit, Hüttenkoks und Pechkoks hergestellte Elektroden);

(2) Regenerative Elektroden (Elektroden aus künstlichem Graphit und natürlichem Graphit);

(3) Kohlenstoff-Widerstandsstäbe (dh Kohlenstoff-Gittersteine);

(4) Kohlenstoffanoden (vorgebackene Anoden, hergestellt aus Petrolkoks);

(5) Backelektrodenrohling.

(6) Kohlenstoffblöcke

Mit Anthrazit und Hüttenkoks als Hauptrohstoffen und Kohlenteerpech als Bindemittel wird es durch Rohstoffaufbereitung, Dosierung, Mischen, Formen, Rösten und maschinelle Bearbeitung hergestellt. Unter ihnen werden Hochofen-Kohlenstoffblöcke als hochtemperatur- und korrosionsbeständige Materialien für Hochofenauskleidungen verwendet; Untere Kohlenstoffblöcke, seitliche Kohlenstoffblöcke und Elektroofenblöcke werden in Aluminium-Elektrolysezellen und Ferrolegierungs-Elektroöfen verwendet. enthalten:

(1) Hochofenkohle;

(2) Aluminium-Tank-Carbonblöcke (untere Carbonblöcke und seitliche Carbonblöcke);

(3) Elektroherd mit Holzkohle.

(7) Kohlenstoffpaste

Es besteht aus Petrolkoks, Anthrazit und Hüttenkoks als Hauptrohstoffen und Kohlenteerpech als Bindemittel. Einige werden als Elektrodenpasten für verschiedene kontinuierliche selbstbackende Elektroöfen als leitfähige Elektroden verwendet; einige werden als Anodenpasten für kontinuierlich selbstbackende Aluminiumtanks als leitfähige Anoden verwendet; Einige werden als Füllstoffe für Hochofenmauerwerk und grobe feuerfeste Schlämme verwendet. Naht- und Nahtverstemmen. Obwohl selbstgebackene Kohlenstoffblöcke für Hochöfen unterschiedliche Verwendungszwecke haben, ähnelt ihr Herstellungsprozess dem von Pastenprodukten, sodass sie vorübergehend in Pastenprodukte einbezogen werden. enthalten:

(1) Anodenpaste;

(2) Elektrodenpaste (einschließlich Standard- und Nicht-Standard-Elektrodenpaste);

(3) Bodenpaste (einschließlich mehr grauer und weniger grauer Bodenpaste);

(4) Dichtungspaste (einschließlich mehr Asche und weniger Asche-Dichtungspaste);

（5） Andere Pasten (einschließlich grober Nahtpaste, feiner Nahtpaste, selbstgebackener Kohlenstoffstein usw.).

(8)  Nicht standardmäßige Kohlenstoff- und Graphitprodukte

Hierbei handelt es sich um verschiedene speziell geformte Kohlenstoff- und Graphitprodukte, die durch Weiterverarbeitung aus Kohlenstoff- und Graphitprodukten hergestellt werden. Einschließlich Schaufelanoden, Fluoranoden und verschiedene Spezifikationen von Tiegeln, Platten, Stäben, Blöcken und anderen speziell geformten Produkten.

(9)  undurchlässiger Graphit

Dabei handelt es sich um verschiedene speziell geformte Graphitprodukte, die durch Imprägnieren und Verarbeiten von Harzen und verschiedenen organischen Substanzen hergestellt werden, einschließlich des Matrixblocks von Wärmetauschern.

(10)  Elektrische Holzkohleprodukte

Dies bezieht sich auf Carbonstäbe, Bürsten und andere Produkte.

II.   Kohlefaser

Es umfasst verschiedene Kohlenstofffasern, Graphitfasern, voroxidierte Drähte, Kohlenstoffgewebe, Kohlenstoffgürtel, Kohlenstoffseile, Kohlenstofffilze und deren Verbundmaterialien. Kohlefaser ist eine Faser mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 93 %. Hergestellt aus Polyacrylnitrilfaser, Viskosegarn und Pechfaser durch Karbonisierung. Die Wärmebehandlungstemperatur reicht von niedrig bis hoch und kann zu hitzebeständigen Fasern, karbonisierten Fasern bzw. Graphitfasern verarbeitet werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei Kohlenstoffmaterialien im weitesten Sinne um Kohlenstoffmaterialien handelt, die amorphere Kohlenstoffstrukturen enthalten. Graphitmaterial ist ein Kohlenstoffmaterial, das hauptsächlich aus Graphitkristallen besteht. Die beiden haben viele Gemeinsamkeiten, aber es gibt auch erhebliche Unterschiede.