Diferenças e conexões entre grafite natural e artificial

1. Classificação e características do grafite

1.1 Grafite Natural

A grafite natural é formada a partir de matéria orgânica rica em carbono sob exposição prolongada a altas temperaturas e pressões em ambientes geológicos; é uma cristalização da natureza. As características de processamento da grafite natural dependem principalmente de sua morfologia cristalina. Minerais com diferentes morfologias cristalinas possuem diferentes valores industriais e usos. Existem muitos tipos de grafite natural. Com base em diferentes morfologias cristalinas, industrialmente, a grafite natural é dividida em três categorias: grafite cristalina densa, grafite em flocos e grafite criptocristalina. No meu país, existem principalmente duas categorias principais: grafite em flocos e grafite criptocristalina.

1.2 Grafite Artificial

A grafite artificial é semelhante aos materiais policristalinos na cristalografia. Existem muitos tipos de grafite artificial e seus processos de produção variam muito. Em termos gerais, todos os materiais de grafite obtidos através da carbonização da matéria orgânica seguida de grafitização em alta temperatura podem ser chamados coletivamente de grafite artificial, como fibra de carbono (grafite), carbono pirolítico (grafite) e grafite espumado. Em sentido estrito, grafite artificial geralmente se refere a um material sólido em blocos produzido usando matérias-primas carbonáceas com baixo teor de impurezas (coque de petróleo, coque de breu, etc.) como agregados e breu de alcatrão de hulha como ligantes, através de processos como dosagem, mistura, moldagem, carbonização (industrialmente conhecida como calcinação) e grafitização. Exemplos incluem eletrodos de grafite e grafite de prensagem isostática a quente.

DHM-918 High-Purity Graphite Block for Manufacturing

2. Diferenças e Conexões entre Grafite Natural e Grafite Artificial

Dado que a grafite artificial produzida a partir da grafite natural é geralmente no sentido estrito, esta análise centrar-se-á nas diferenças e conexões entre a grafite natural e a grafite artificial neste sentido estrito.

2.1 Estrutura Cristalina

Grafite Natural: O desenvolvimento do cristal está relativamente completo. O grau de grafitização da grafite em flocos é superior a 98%, enquanto o grau de grafitização da grafite microcristalina natural é geralmente inferior a 93%.

Grafite Artificial: O grau de desenvolvimento do cristal depende das matérias-primas e da temperatura do tratamento térmico. Geralmente, quanto maior a temperatura do tratamento térmico, maior o grau de grafitização. Atualmente, o grau de grafitização da grafite artificial produzida industrialmente costuma ser inferior a 90%.

2.2 Microestrutura

Grafite em flocos natural: Um único cristal com uma microestrutura relativamente simples, contendo apenas defeitos cristalográficos (como defeitos pontuais, discordâncias, falhas de empilhamento, etc.), exibindo características anisotrópicas macroscopicamente. A grafite microcristalina natural possui grãos menores, grãos dispostos aleatoriamente e poros após a remoção das impurezas, exibindo características isotrópicas macroscopicamente.

Grafite artificial: Pode ser considerado um material multifásico, incluindo a fase de grafite transformada a partir de partículas carbonáceas, como coque de petróleo ou coque de breu, a fase de grafite transformada a partir do aglutinante de alcatrão de carvão que envolve as partículas e poros formados após acumulação de partículas ou tratamento térmico do aglutinante de alcatrão de carvão.

2.3 Morfologia Física

Grafite natural: Geralmente existe na forma de pó e pode ser usado sozinho, mas geralmente é usado em combinação com outros materiais.

Grafite artificial: tem várias formas, incluindo pó, fibroso e em bloco, mas em um sentido estrito, a grafite artificial geralmente está na forma de bloco e precisa ser processada em um formato específico para uso.

2.4 Propriedades Físico-Químicas

Em termos de propriedades físico-químicas, a grafite natural e a grafite artificial partilham alguns pontos em comum, mas também apresentam diferenças. Por exemplo, tanto a grafite natural como a artificial são bons condutores de calor e eletricidade. No entanto, para pós de grafite com a mesma pureza e tamanho de partícula, a grafite natural em flocos tem a melhor condutividade térmica e elétrica, seguida pela grafite microcristalina natural, sendo a grafite artificial a mais baixa. A grafite possui boa lubricidade e um certo grau de plasticidade. A grafite em flocos natural, com sua estrutura cristalina mais desenvolvida, possui menor coeficiente de atrito, resultando na melhor lubricidade e maior plasticidade. A grafite cristalina densa e a grafite criptocristalina vêm em seguida, enquanto a grafite artificial é a pior.

SGL R8710 Isostatic Graphite Sheet for Industrial Use

3. Áreas de Aplicação de Grafite Natural e Artificial

A grafite possui muitas propriedades excelentes, encontrando assim ampla aplicação em metalurgia, maquinaria, engenharia elétrica, indústria química, têxteis e indústrias de defesa. As áreas de aplicação do grafite natural e artificial se sobrepõem até certo ponto, mas também diferem.

3.1 Indústria Metalúrgica

Na indústria metalúrgica, o grafite em flocos natural, devido à sua boa resistência à oxidação, pode ser utilizado para produzir materiais refratários, como tijolos de magnésia-carbono e tijolos de alumina-carbono. A grafite artificial pode ser usada como eletrodo na produção de aço, enquanto os eletrodos feitos de grafite natural são difíceis de usar nas exigentes condições de operação dos fornos elétricos de produção de aço.

3.2 Indústria de máquinas

Na indústria de máquinas, os materiais de grafite são comumente usados como materiais lubrificantes e resistentes ao desgaste. A grafite em flocos natural tem boa lubricidade e é frequentemente usada como aditivo em óleos lubrificantes. Equipamentos que transportam meios corrosivos utilizam amplamente anéis de pistão, vedações e rolamentos feitos de grafite artificial, que dispensam a adição de óleo lubrificante durante a operação. Materiais compósitos de grafite natural e resinas poliméricas também podem ser usados nessas áreas, mas sua resistência ao desgaste não é tão boa quanto a da grafite artificial.

3.3 Indústria Química

A grafite artificial possui características como resistência à corrosão, boa condutividade térmica e baixa permeabilidade, sendo amplamente utilizada na indústria química para fabricação de equipamentos como trocadores de calor, tanques de reação, torres de absorção e filtros. Materiais compósitos de grafite natural e resinas poliméricas também podem ser usados nesses campos, mas sua condutividade térmica e resistência à corrosão não são tão boas quanto as da grafite artificial.