مقدمة وتطبيق الجرافيت الاصطناعي

الجرافيت الاصطناعي مادة متعددة البلورات تشبه علم البلورات. وهناك أنواع عديدة من الجرافيت الاصطناعي وعمليات إنتاج مختلفة.
بمعنى واسع، يمكن الإشارة إلى جميع مواد الجرافيت التي يتم الحصول عليها بعد تفحيم المواد العضوية وتغرافيتها في درجة حرارة عالية بشكل جماعي باسم الجرافيت الاصطناعي، مثل ألياف الكربون (الجرافيت)، والكربون المحلل حرارياً (الجرافيت)، والجرافيت الرغوي، وما إلى ذلك.

بالمعنى الضيق، يشير الجرافيت الاصطناعي عادةً إلى المواد الصلبة السائبة، مثل قطب الجرافيت، والجرافيت المتساوي الضغط، المصنوع عن طريق الخلط والتشكيل والتفحيم (المعروف باسم التحميص في الصناعة) والجرافيت، مع محتوى منخفض من الشوائب من المواد الخام للفحم (فحم الكوك البترولي، وفحم الكوك الأسفلتي، وما إلى ذلك) كمادة مجمعة، وقطران الفحم كمادة رابطة.
توجد أشكال عديدة للجرافيت الاصطناعي، منها المسحوق والألياف والكتل، إلا أن الجرافيت الاصطناعي في الغالب يكون على شكل كتل، والتي تحتاج إلى معالجة لتشكيلها عند استخدامها. ويمكن اعتباره مادة متعددة الأطوار، تشمل طور الجرافيت الناتج عن جزيئات الكربون مثل فحم الكوك البترولي أو فحم الكوك الإسفلتي، وطور الجرافيت الناتج عن مادة رابطة قطران الفحم المغلفة للجزيئات، وتراكم الجزيئات أو المسام المتكونة من مادة رابطة قطران الفحم بعد المعالجة الحرارية، وغيرها. وبشكل عام، كلما ارتفعت درجة حرارة المعالجة الحرارية، زادت درجة التبلور. أما في الإنتاج الصناعي للجرافيت الاصطناعي، فعادةً ما تكون درجة التبلور أقل من 90%.

بالمقارنة مع الجرافيت الطبيعي، يتميز الجرافيت الاصطناعي بضعف نقل الحرارة والتوصيل الكهربائي والتشحيم واللدونة، ولكنه يتميز أيضًا بمقاومة أفضل للتآكل ومقاومة للتآكل ونفاذية منخفضة مقارنة بالجرافيت الطبيعي.

تشمل المواد الخام لإنتاج الجرافيت الاصطناعي بشكل رئيسي فحم الكوك البترولي، وفحم الكوك الإبري، وفحم الكوك الأسفلتي، وقطران الفحم، وكرات الكربون الدقيقة، وما إلى ذلك. وتشمل منتجاتها النهائية بشكل رئيسي قطب الجرافيت، والأنود المخبوز مسبقًا، والجرافيت المتساوي الضغط، والجرافيت عالي النقاء، والجرافيت النووي، والمبادل الحراري، وما إلى ذلك.

يتجلى استخدام الجرافيت الاصطناعي في المنتجات بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. قطب الجرافيت: يُصنع قطب الجرافيت باستخدام فحم الكوك البترولي وفحم الكوك الإبري كمواد خام، وقطران الفحم كمادة رابطة، وذلك من خلال عمليات التكليس، والخلط، والضغط، والتحميص، والتجريف، والتشكيل. ويُستخدم على نطاق واسع في أفران الصلب الكهربائية، والسيليكون الصناعي، والفوسفور الأصفر، وغيرها من المعدات، حيث يُطلق طاقة كهربائية على شكل قوس كهربائي لتسخين وصهر المادة.

2. الأنود المخبوز مسبقًا: مصنوع من فحم الكوك البترولي كمادة خام وقطران الفحم كمادة رابطة من خلال التكليس والخلط والضغط والتحميص والتشريب والجرافيت والتشكيل، ويستخدم بشكل عام كأنود موصل لمعدات الألومنيوم الإلكتروليتية.

3. المحامل، حلقات منع التسرب: معدات نقل الوسائط المسببة للتآكل، تستخدم على نطاق واسع حلقات المكابس المصنوعة من الجرافيت الاصطناعي، وحلقات منع التسرب، والمحامل، وتعمل دون إضافة زيت التشحيم.

4. مبادل حراري، فئة المرشح: يتميز الجرافيت الاصطناعي بمقاومته للتآكل، وموصليته الحرارية الجيدة، ونفاذيته المنخفضة. ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية لصنع المبادلات الحرارية، وخزانات التفاعل، وأجهزة الامتصاص، والمرشحات، وغيرها من المعدات.

5. الجرافيت الخاص: مع فحم الكوك البترولي عالي الجودة كمادة خام، وقطران الفحم أو الراتنج الصناعي كمادة رابطة، من خلال تحضير المواد الخام، والخلط، والعجن، والضغط، والسحق، والخلط، والتشكيل، والتحميص المتعدد، والاختراق المتعدد، والتنقية، والجرافيت، والتشكيل الآلي، ويشمل بشكل عام الجرافيت المتساوي الضغط، والجرافيت النووي، والجرافيت عالي النقاء، ويستخدم في قطاعات الطيران والفضاء والإلكترونيات والصناعة النووية.