الاختلافات والصلات بين الجرافيت الطبيعي والاصطناعي

1. تصنيف الجرافيت وخصائصه

1.1 الجرافيت الطبيعي

يتكون الجرافيت الطبيعي من مادة عضوية غنية بالكربون تحت التعرض طويل الأمد لدرجة الحرارة والضغط المرتفعين في البيئات الجيولوجية؛ إنها تبلور للطبيعة. تعتمد خصائص معالجة الجرافيت الطبيعي بشكل أساسي على شكله البلوري. المعادن ذات الأشكال البلورية المختلفة لها قيم واستخدامات صناعية مختلفة. هناك أنواع عديدة من الجرافيت الطبيعي. بناءً على الأشكال البلورية المختلفة، ينقسم الجرافيت الطبيعي صناعيًا إلى ثلاث فئات: الجرافيت البلوري الكثيف، والجرافيت الرقيق، والجرافيت البلوري المخفي. في بلدي، هناك فئتان رئيسيتان بشكل رئيسي: رقائق الجرافيت والجرافيت البلوري.

1.2 الجرافيت الاصطناعي

يشبه الجرافيت الاصطناعي المواد متعددة البلورات في علم البلورات. هناك أنواع عديدة من الجرافيت الاصطناعي، وتختلف عمليات إنتاجها بشكل كبير. بشكل عام، يمكن الإشارة إلى جميع مواد الجرافيت التي يتم الحصول عليها من خلال تفحيم المواد العضوية تليها الجرافيت بدرجة حرارة عالية بشكل جماعي باسم الجرافيت الاصطناعي، مثل ألياف الكربون (الجرافيت)، والكربون الحراري (الجرافيت)، والجرافيت الرغوي. بالمعنى الضيق، يشير الجرافيت الاصطناعي عادة إلى مادة صلبة ممتلئة يتم إنتاجها باستخدام مواد خام كربونية ذات محتوى شوائب منخفض (فحم الكوك البترولي، فحم الكوك، إلخ) كركام وقطران الفحم كمواد رابطة، من خلال عمليات مثل الخلط، والخلط، والقولبة، والكربنة (المعروفة صناعيًا باسم التكليس)، والجرافيت. ومن الأمثلة على ذلك أقطاب الجرافيت والجرافيت الضغط المتوازن الساخن.

DHM-918 High-Purity Graphite Block for Manufacturing

2. الاختلافات والروابط بين الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي

وبالنظر إلى أن الجرافيت الاصطناعي المنتج من الجرافيت الطبيعي عادة ما يكون بالمعنى الضيق، فإن هذا التحليل سيركز على الاختلافات والصلات بين الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي بهذا المعنى الضيق.

2.1 الهيكل البلوري

الجرافيت الطبيعي: اكتمل تطوير الكريستال نسبيًا. درجة جرافيت رقائق الجرافيت أعلى من 98%، في حين أن درجة جرافيت الجرافيت الجريزوفولفين الطبيعي عادة ما تكون أقل من 93%.

الجرافيت الاصطناعي: تعتمد درجة تطور البلورة على المواد الخام ودرجة حرارة المعالجة الحرارية. بشكل عام، كلما ارتفعت درجة حرارة المعالجة الحرارية، زادت درجة الجرافيت. في الوقت الحالي، عادة ما تكون درجة الجرافيت للجرافيت الاصطناعي المنتج صناعيًا أقل من 90%.

2.2 البنية المجهرية

الجرافيت المتقشر الطبيعي: بلورة واحدة ذات بنية مجهرية بسيطة نسبيًا، تحتوي فقط على عيوب بلورية (مثل العيوب النقطية، والخلع، وأخطاء التراص، وما إلى ذلك)، وتظهر خصائص متباينة الخواص على المستوى العياني. يحتوي الجرافيت البلوري الدقيق الطبيعي على حبيبات أصغر، وحبيبات مرتبة عشوائيًا، ومسام بعد إزالة الشوائب، مما يُظهر خصائص متناحية بشكل مجهري.

الجرافيت الاصطناعي: يمكن اعتباره مادة متعددة المراحل، بما في ذلك مرحلة الجرافيت المتحولة من الجسيمات الكربونية مثل فحم الكوك البترولي أو فحم الكوك، ومرحلة الجرافيت المتحولة من رابط قطران الفحم المحيط بالجزيئات، والمسام التي تتشكل بعد تراكم الجسيمات أو المعالجة الحرارية لمادة قطران الفحم.

2.3 التشكل الجسدي

الجرافيت الطبيعي: يوجد عادة في شكل مسحوق ويمكن استخدامه بمفرده، ولكنه يستخدم عادةً مع مواد أخرى.

الجرافيت الاصطناعي: له أشكال مختلفة، بما في ذلك أشكال المسحوق والألياف والكتل، ولكن بالمعنى الضيق، عادة ما يكون الجرافيت الاصطناعي في شكل كتلة ويحتاج إلى معالجته إلى شكل محدد للاستخدام.

2.4 الخصائص الفيزيائية والكيميائية

من حيث الخصائص الفيزيائية والكيميائية، يشترك الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي في بعض القواسم المشتركة ولكنهما يظهران أيضًا اختلافات. على سبيل المثال، يعد كل من الجرافيت الطبيعي والصناعي موصلًا جيدًا للحرارة والكهرباء. ومع ذلك، بالنسبة لمساحيق الجرافيت التي لها نفس درجة النقاء وحجم الجسيمات، فإن رقائق الجرافيت الطبيعية لديها أفضل الموصلية الحرارية والكهربائية، يليها الجرافيت البلوري الدقيق الطبيعي، مع أدنى نسبة توصيل للجرافيت الاصطناعي. يمتلك الجرافيت مداهنة جيدة ودرجة معينة من اللدونة. يتمتع الجرافيت الطبيعي، بتركيبته البلورية الأكثر تطورًا، بمعامل احتكاك أقل، مما يؤدي إلى أفضل مداهنة وأعلى مرونة. ويأتي بعد ذلك الجرافيت البلوري الكثيف والجرافيت البلوري، في حين أن الجرافيت الاصطناعي هو الأسوأ.

SGL R8710 Isostatic Graphite Sheet for Industrial Use

3. مجالات تطبيق الجرافيت الطبيعي والصناعي

يمتلك الجرافيت العديد من الخصائص الممتازة، وبالتالي يجد تطبيقًا واسعًا في المعادن والآلات والهندسة الكهربائية والصناعات الكيماوية والمنسوجات والصناعات الدفاعية. تتداخل مجالات تطبيق الجرافيت الطبيعي والاصطناعي إلى حد ما، ولكنها تختلف أيضًا.

3.1 الصناعة المعدنية

في الصناعة المعدنية، يمكن استخدام رقائق الجرافيت الطبيعية، بسبب مقاومتها الجيدة للأكسدة، لإنتاج مواد حرارية مثل طوب المغنيسيا والكربون وطوب الألومينا والكربون. يمكن استخدام الجرافيت الاصطناعي كأقطاب كهربائية في صناعة الصلب، في حين يصعب استخدام الأقطاب الكهربائية المصنوعة من الجرافيت الطبيعي في ظروف التشغيل الصعبة لأفران صناعة الصلب الكهربائية.

3.2 صناعة الآلات

في صناعة الآلات، تُستخدم مواد الجرافيت بشكل شائع كمواد مقاومة للتآكل ومواد تشحيم. يتمتع الجرافيت الطبيعي بتشحيم جيد وغالبًا ما يستخدم كمادة مضافة في زيوت التشحيم. تستخدم معدات نقل الوسائط المسببة للتآكل على نطاق واسع حلقات المكبس، والأختام، والمحامل المصنوعة من الجرافيت الاصطناعي، والتي لا تتطلب إضافة زيت تشحيم أثناء التشغيل. يمكن أيضًا استخدام المواد المركبة من الجرافيت الطبيعي وراتنجات البوليمر في هذه المجالات، لكن مقاومتها للتآكل ليست جيدة مثل مقاومة الجرافيت الاصطناعي.

3.3 الصناعة الكيميائية

يتميز الجرافيت الاصطناعي بخصائص مثل مقاومة التآكل، والتوصيل الحراري الجيد، والنفاذية المنخفضة، ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية لتصنيع المعدات مثل المبادلات الحرارية، وخزانات التفاعل، وأبراج الامتصاص، والمرشحات. يمكن أيضًا استخدام المواد المركبة من الجرافيت الطبيعي وراتنجات البوليمر في هذه المجالات، لكن موصليتها الحرارية ومقاومتها للتآكل ليست جيدة مثل تلك الموجودة في الجرافيت الاصطناعي.