أقطاب الجرافيت عالية النقاء هي مواد موصلة مصنوعة من رقائق الجرافيت الطبيعية أو فحم الكوك من خلال عمليات التكليس بدرجة حرارة عالية (2500-3000 درجة مئوية)، والتشريب، وعمليات الجرافيت.
1. الخصائص الأساسية
الموصلية: تصل الموصلية إلى 15-20 ميكرومتر، وهي في المرتبة الثانية بعد الموصلات المعدنية، وهي مناسبة لتطبيقات التيار العالي.
مقاومة درجات الحرارة العالية: نقطة الانصهار تتجاوز 3500 درجة مئوية؛ يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى من 3000 درجة مئوية لفترات طويلة في أفران القوس الكهربائي؛ تزداد القوة مع درجة الحرارة.
الاستقرار الكيميائي: مقاومة للتآكل الحمضي والقلوي. تم إطالة العمر بنسبة تزيد عن 30% في الخلايا الإلكتروليتية.
الخواص الميكانيكية: قوة الانثناء 35-40 ميجا باسكال، قوة الضغط تتجاوز 70 ميجا باسكال؛ يمكن أن يتحمل تأثيرات بدء التشغيل والإيقاف المتكررة.
خصائص التشحيم الذاتي: هيكل الرقائق يقلل من معامل الاحتكاك، وهو مناسب لمعدات التشغيل عالية السرعة.
2. نظام درجات النقاء
بناءً على محتوى الرماد والتحكم في عناصر الشوائب، يتم تصنيف أقطاب الجرافيت عالية النقاء إلى الدرجات التالية:
الدرجة 1 (الدرجة الطيفية):** محتوى الرماد <30 جزء في المليون، محتوى الكربون الثابت> 99.99%، المستخدم في قوارب الجرافيت شبه الموصلة وأقطاب مقياس الطيف.
الدرجة 2 (الدرجة الصناعية): محتوى الرماد 30-100 جزء في المليون، مناسب لأنودات مقوم الزئبق وأقطاب EDM.
الدرجة 3 (درجة الأغراض العامة): محتوى الرماد 100-500 جزء في المليون، يستخدم بشكل رئيسي في صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي وسوق عناصر التسخين الكهربائي.
الدرجة 4 (الدرجة الاقتصادية): محتوى الرماد 500-1000 جزء في المليون، يستخدم في التطبيقات منخفضة الدقة مثل أنودات أنابيب الإلكترون وقوالب البوتقة.
3. مجالات التطبيق
الصناعة المعدنية:
صناعة الصلب بأفران القوس الكهربائي: تمثل 75% من الاستهلاك العالمي لأقطاب الجرافيت. يبلغ استهلاك القطب الكهربائي UHP حوالي 3 كجم/طن من الفولاذ، مما يقلل وقت الصهر بنسبة 15%.
إنتاج السبائك الخاصة: مثل صهر الفيروسيليكون والحديد المنغنيز، يتم تقليل معدل استهلاك القطب إلى 0.8 كجم/طن من السبائك.
الصناعة الكيميائية:
عملية التحليل الكهربائي: تحل محل أنودات التيتانيوم في صناعة الكلور والقلويات، مما يقلل جهد الخلية بمقدار 0.3 فولت ويوفر أكثر من 2 مليون كيلووات ساعة من الكهرباء سنويًا.
التخليق العضوي: يعمل كقطب كهربائي في المفاعلات الكهروكيميائية على تحسين الكفاءة التحفيزية بنسبة 40%.
التقنيات الناشئة:
الطباعة ثلاثية الأبعاد: تُستخدم كركيزة للتلبيد بالليزر، مما يتيح الكسوة الاتجاهية للمساحيق المعدنية.
الطاقة النووية: تستخدم في آليات إدارة قضبان التحكم في المفاعلات النووية، وتحقق مقاومة للإشعاع تصل إلى 10 غراي.
صناعة أشباه الموصلات: مادة أساسية لنمو أشباه الموصلات ذات فجوة واسعة مثل كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم.
الفضاء الجوي: مكونات تتحمل درجات الحرارة العالية مثل فوهات محركات الصواريخ ووسادات مكابح الطائرات، وذلك باستخدام خفة وزنها ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية.
4. الجرافيت كقدرات التخصيص الكهربائي
تخصيص الحجم:
نطاق القطر: 50-1200 مم (المخزون العادي)، الحد الأقصى للمعالجة يصل إلى 2000 مم.
الطول: 500-3000 مم، يدعم تقنية الربط المجزأة.
تحسين الأداء:
المعالجة المضادة للأكسدة: التشريب بمحلول البورات يزيد من درجة حرارة بداية الأكسدة من 600 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية.
التعزيز المركب: يتضمن قطب الجرافيت uhp جزيئات كربيد السيليكون (SiC)، مما يحسن مقاومة الصدمات الحرارية بمقدار 3 مرات.
هيكل مخصص:
التوصيل الملولب: يستخدم الخيوط شبه المنحرفة M48-M120، وينقل عزم الدوران الذي يتجاوز 5000 نيوتن متر.
المقاطع العرضية غير المنتظمة: مثل أقطاب المنشور ذات الشكل المتقاطع والسداسي، القابلة للتكيف مع تصميمات أفران القوس الكهربائي الخاصة.
معايير الاختبار:
الاختبارات الفيزيائية: اختبار الكثافة (طريقة أرخميدس)، اختبار المقاومة (طريقة المسبار الأربعة).
التحليل الكيميائي: اكتشاف ICP-OES للشوائب المعدنية النزرة (على سبيل المثال، Fe < 5 جزء في المليون، Si < 3 جزء في المليون).
الاختبار غير المدمر: اختبار بالموجات فوق الصوتية للعيوب الداخلية (حساسية تصل إلى φ0.2 مم).
الآن الاتصال