Explica en detalle la diferencia entre materiales de carbono y materiales de grafito.

Explica en detalle la diferencia entre materiales de carbono y materiales de grafito.

Dado que los materiales de carbono y los materiales de grafito tienen muchas similitudes en apariencia y características, muchas personas no saben cómo distinguir la relación entre los dos en la realidad. Este artículo hace una introducción detallada.

El carbono existe en tres alótropos más comunes: carbono amorfo, grafito y diamante.

Estructura molecular y apariencia del diamante.

Diamante

Es un mineral compuesto de carbono. El diamante es la sustancia más dura de la naturaleza, conocida como el 'Rey de la Dureza' y el 'Rey de las Gemas'. El ángulo del cristal de diamante es de 54 grados 44 minutos y 8 segundos. En la década de 1950, Estados Unidos produjo con éxito diamantes artificiales utilizando grafito como materia prima a altas temperaturas y presiones. Hoy en día, los diamantes artificiales se han utilizado ampliamente en la producción y en la vida.

Carbono amorfo

Generalmente se refiere a carbón vegetal, coque, carbón de hueso, carbón de azúcar, carbón activado y negro de carbón, etc. Excepto el carbón de hueso, que contiene aproximadamente un 10% de carbono , los otros componentes principales son carbono elemental. El carbón es un carbono amorfo de origen natural que contiene algunos compuestos compuestos por carbono, hidrógeno, nitrógeno, etc. El llamado carbono amorfo no se refiere a la forma en que existen estas sustancias, sino a su estructura interna. De hecho, su estructura interna no es un cuerpo amorfo real, sino un cristal con una estructura similar al grafito, pero la estructura en capas formada por el plano del anillo hexagonal de los átomos de carbono es desordenada e irregular, y la formación del cristal es defectuosa. Las partículas son pequeñas y contienen una pequeña cantidad de impurezas.

La mayor parte del carbono amorfo es una estructura de capas de grafito en la que los fragmentos moleculares son aproximadamente paralelos entre sí y se apilan de forma irregular, lo que puede denominarse estructura turboestrática. Las capas intermedias o fragmentos están conectados mediante enlaces de átomos de carbono en el modo de enlace tetraédrico de la estructura del diamante. Cuando la proporción de átomos de carbono en este tetraedro es grande, el carbono amorfo será relativamente duro, como el coque y el carbono vítreo.

Estructura molecular y apariencia del carbono amorfo.

Los productos de carbono comúnmente utilizados en la industria se refieren a productos de carbono purificados a partir de materias primas de carbono amorfo (como carbón, coque de petróleo, coque de brea, etc.). Con diferentes materias primas y técnicas de procesamiento, la proporción de estructura cristalina de grafito contenida en la estructura cristalina del elemento carbono en dichos productos de carbono variará. En términos generales, cuantos más componentes de la estructura cristalina de grafito contenga, mayor será la pureza del carbono y mayor será el rendimiento y el precio.

Dado que la diferencia esencial entre los materiales de carbono y los materiales de grafito no es grande, muchos productos de carbono también se denominan ' grafito XX' . Ésta es también la fuente de la confusión entre los dos conceptos del vocabulario, grafito y carbono. Por ejemplo, los electrodos grandes comúnmente utilizados en la industria siderúrgica se denominan ' electrodos de grafito ' . De hecho, se trata de productos de carbono, no de electrodos de grafito en el sentido estricto de la palabra. En términos de apariencia, los productos de carbono comunes son de gran tamaño, como electrodos para metalurgia, ladrillos de revestimiento (bloques de carbono) para hornos de fundición, radiadores de carbono, etc.

Estructura molecular y apariencia del grafito.

Grafito

Es un alótropo del elemento carbono. Cada átomo de carbono está rodeado por otros tres átomos de carbono (dispuestos en múltiples hexágonos en forma de panal) y se combinan con enlaces covalentes para formar una molécula covalente. Dado que cada átomo de carbono libera un electrón, esos electrones pueden moverse libremente,  por lo que el grafito es un conductor eléctrico. El grafito se puede clasificar en grafito natural y grafito artificial. El mineral de grafito natural se divide en grafito terroso y grafito en escamas, entre los cuales el grafito en escamas es un grafito natural de mayor calidad.

El grafito artificial se refiere a materiales de grafito obtenidos mediante el procesamiento adicional de materiales de carbono que pertenecen a la clasificación del carbono amorfo para mejorar la pureza del carbono y aumentar aún más la proporción de estructura cristalina similar al grafito. Al igual que los materiales de carbono, los materiales de grafito se pueden convertir en productos industriales como electrodos y materiales refractarios. Sin embargo, debido a sus excelentes características, se utiliza en muchos campos de alta gama. Por ejemplo, lubricantes resistentes a altas temperaturas, modificación del revestimiento de materiales de baterías, etc.

Los materiales de carbono y grafito son materiales sólidos no metálicos compuestos principalmente por elementos de carbono. Los materiales de carbono están compuestos básicamente de carbono sin grafito, mientras que los materiales de grafito están compuestos básicamente de carbono de grafito. Por simplicidad, los materiales de carbono y grafito a veces se denominan colectivamente materiales de carbono.

Los productos de carbono se pueden dividir en electrodos de grafito, bloques de carbono, ánodos de grafito, electrodos de carbono, pastas, carbones eléctricos, fibras de carbono, grafitos especiales, intercambiadores de calor de grafito, etc., según los usos del producto. Los electrodos de grafito se pueden dividir en electrodos de grafito de potencia ordinaria, electrodos de alta potencia y electrodos de potencia ultraalta según la densidad de corriente permitida. Los bloques de carbón se pueden dividir en bloques de carbón de alto horno, bloques de carbón de aluminio, bloques de horno eléctrico, etc. según sus usos.

Los productos de carbono se pueden dividir en productos de carbono, productos de grafito, fibras de carbono y fibras de grafito según la profundidad de procesamiento. Los productos de carbono se pueden dividir en productos de grafito, productos de carbono, fibras de carbono, productos especiales de grafito, etc. según las diferentes materias primas y procesos de producción. Los productos de carbono se pueden dividir en productos con más cenizas y productos con menos cenizas (con un contenido de cenizas inferior al 1%) según el tamaño del contenido de cenizas.

El grafito se utiliza ampliamente en la industria y se utiliza en casi todas las industrias. El grafito artificial se utiliza principalmente en la industria, conocido como grafito especial. Según su forma se puede dividir en los siguientes tipos.

1. Grafito isostático . Eso es lo que mucha gente llama tres altos de grafito, pero tres altos no equivalen a prensado isostático.

2. Grafito moldeado

3. Grafito extruido, principalmente material para electrodos.

Según el tamaño de partícula del grafito, también se puede dividir en : grafito de estructura fina, grafito medio grueso ( el tamaño de partícula general es de alrededor de 0,8 mm) y grafito para electrodo (2-4 mm). .

Las normas técnicas nacionales y ministeriales chinas para productos de carbono se clasifican según los diferentes usos de los productos y los diferentes procesos de producción. Este método de clasificación refleja básicamente los diferentes usos y procesos de producción de los productos, y también es conveniente para la contabilidad, por lo que su método de cálculo también adopta este estándar de clasificación. La clasificación y descripción de los productos de carbono se presentan a continuación.

I.  Productos de carbono y grafito

(1) Electrodos de grafito

Está hecho principalmente de coque de petróleo y coque de aguja, y se utiliza brea de alquitrán de hulla como aglutinante. Se elabora mediante calcinación, dosificación, amasado, prensado, tostado, grafitización y mecanizado. Libera energía eléctrica en forma de arco eléctrico en un horno de arco eléctrico. Los conductores que se calientan y funden se pueden dividir en potencia ordinaria, alta potencia y ultraalta potencia según sus indicadores de calidad. Los electrodos de grafito incluyen:

(1) Electrodo de grafito de potencia ordinaria. Se permite el uso de electrodos de grafito con una densidad de corriente inferior a 17 A/cm2, que se utilizan principalmente en hornos eléctricos de potencia ordinaria para la fabricación de acero, fundición de silicio, fundición de fósforo amarillo, etc.

(2) Electrodo de grafito con revestimiento antioxidante. Un electrodo de grafito recubierto con una capa protectora antioxidante forma una capa protectora que es a la vez conductora y resistente a la oxidación a alta temperatura, lo que reduce el consumo de electrodos durante la fabricación de acero.

(3) Electrodo de grafito de alta potencia. Está permitido utilizar electrodos de grafito con una densidad de corriente de 18-25 A/cm2, que se utilizan principalmente en hornos de arco eléctrico de alta potencia para la fabricación de acero.

(4) Electrodo de grafito de potencia ultra alta. Se permite utilizar electrodos de grafito con una densidad de corriente superior a 25A/cm2. Se utiliza principalmente en hornos de arco eléctrico de fabricación de acero de potencia ultra alta.

(2) Ánodos de grafito

Se elabora principalmente a partir de coque de petróleo como materia prima y brea de carbón como aglutinante, y se fabrica mediante calcinación, dosificación, amasado, prensado, tostado, impregnación, grafitización y mecanizado. Generalmente utilizados como ánodos conductores para equipos de electrólisis en la industria electroquímica. incluir:

(1) Placas de ánodo para diversas industrias químicas.

(2) Varias varillas de ánodo.

(3) Grafito especial

Utilice principalmente coque de petróleo de alta calidad como materia prima, brea de alquitrán de hulla o resina sintética como aglutinante, después de la preparación de la materia prima, dosificación, amasado, formación de tabletas, trituración, reamasado, moldeado, tostado múltiple, impregnación múltiple, purificación y grafitización, elaborado mediante procesamiento mecánico. Generalmente utilizado en los sectores de la industria aeroespacial, electrónica y nuclear.

Incluye grafito espectralmente puro, grafito de alta pureza, alta resistencia, alta densidad y pirolítico.

(4) Intercambiador de calor de grafito

Es un producto de grafito impermeable para el intercambio de calor elaborado procesando grafito artificial en la forma requerida, impregnándolo y solidificándolo con resina. Es un equipo de intercambio de calor procesado a partir de grafito artificial impermeable. Utilizado en la industria química. incluir:

(1) intercambiador de calor con orificio de bloque;

(2) Intercambiador de calor radial;

(3) Intercambiador de calor de película descendente;

(4) Intercambiador de calor de tubos.

(5) electrodos de carbono

Utilizando materiales carbonosos como antracita y coque metalúrgico (o coque de petróleo) como materias primas, brea de alquitrán de hulla como aglutinante, electrodos conductores cocidos mediante moldeo por compresión sin grafitización. No es adecuado para hornos eléctricos que funden acero aleado de alta calidad. incluir:

 (1) Electrodos de ceniza (electrodos producidos a partir de antracita, coque metalúrgico y coque de brea);

(2) Electrodos regenerativos (electrodos producidos a partir de grafito artificial y grafito natural);

(3) Varillas de resistencia al carbono (es decir, ladrillos de rejilla de carbono);

(4) Ánodos de carbono (ánodos precocidos producidos a partir de coque de petróleo);

(5) Electrodo de horneado en blanco.

(6) bloques de carbón

Con antracita y coque metalúrgico como principales materias primas y brea de alquitrán de hulla como aglutinante, se elabora mediante la preparación de la materia prima, dosificación, mezcla, moldeado, tostado y mecanizado. Entre ellos, los bloques de carbón de alto horno se utilizan como materiales resistentes a la corrosión y a altas temperaturas para los revestimientos de altos hornos; Los bloques de carbón inferiores, los bloques de carbón laterales y los bloques de hornos eléctricos se utilizan en celdas electrolíticas de aluminio y hornos eléctricos de ferroaleaciones. incluir:

(1) Carbón vegetal de alto horno;

(2) Bloques de carbono del tanque de aluminio (bloques de carbono inferiores y bloques de carbono laterales);

(3) Estufa eléctrica de carbón.

(7) Pasta de carbón

Está hecho de coque de petróleo, antracita y coque metalúrgico como principales materias primas, y brea de alquitrán de hulla como aglutinante. Algunos se utilizan como pastas para electrodos para varios hornos eléctricos continuos de autococción como electrodos conductores; algunos se utilizan como pastas de ánodos para tanques de aluminio autococidos continuos como ánodos conductores; algunos se utilizan como rellenos para mampostería de altos hornos y lechadas refractarias gruesas. Calafateo de costuras y costuras. Aunque los bloques de carbón autococidos para altos hornos tienen diferentes usos, su proceso de producción es similar al de los productos en pasta, por lo que se incluyen temporalmente en los productos en pasta. incluir:

(1) Pasta de ánodo;

(2) Pasta para electrodos (incluida la pasta para electrodos estándar y no estándar);

(3) Pasta de fondo (incluida más pasta de fondo gris y menos gris);

(4) Pasta selladora (que incluye más ceniza y menos pasta selladora de ceniza);

(5) Otras pastas (incluidas pasta para costuras gruesas, pasta para costuras finas, ladrillos de carbón autococidos, etc.).

(8)  Productos de carbono y grafito no estándar

Esto se refiere a diversos productos de carbono y grafito con formas especiales fabricados a partir de productos de carbono y grafito mediante un procesamiento posterior. Incluyendo ánodos tipo pala, ánodos productores de flúor y diversas especificaciones de crisoles, placas, varillas, bloques y otros productos de formas especiales.

(9)  grafito impermeable

Se refiere a diversos productos de grafito con formas especiales fabricados mediante impregnación y procesamiento de resinas y diversas sustancias orgánicas, incluido el bloque matriz de los intercambiadores de calor.

(10)  Productos de carbón eléctrico

Esto se refiere a varillas de carbón, escobillas y otros productos.

II.   fibra de carbono

Incluye diversas fibras de carbono, fibras de grafito, alambres preoxidados, telas de carbono, cinturones de carbono, cuerdas de carbono, fieltros de carbono y sus materiales compuestos. La fibra de carbono es una fibra con un contenido de carbono superior al 93%. Fabricado con fibra de poliacrilonitrilo, hilo de viscosa y fibra de brea mediante carbonización. La temperatura del tratamiento térmico varía de baja a alta y se puede convertir en fibra resistente al calor, fibra carbonizada y fibra de grafito, respectivamente.

En resumen, en un sentido amplio: los materiales de carbono son en realidad materiales de carbono que contienen estructuras de carbono más amorfas. El material de grafito es un material de carbono compuesto principalmente por cristales de grafito. Los dos tienen muchas similitudes, pero también diferencias significativas.