Graphit ist ein nichtmetallisches Material, verfügt jedoch über metallähnliche Eigenschaften, wie etwa Wärme- und Stromleitfähigkeit, und hat ein breites Anwendungsspektrum.
Daher wird Graphit häufig in feuerfesten Materialien, Batterien, Guss- und Reibungsmaterialien verwendet.
Die folgende Tabelle zeigt den Anwendungsanteil von Naturgraphit und künstlichem Graphit in verschiedenen Branchen im Jahr 2024.
| Anwendungen | Naturgraphit | Synthetischer Graphit |
|---|---|---|
| Akku | 52% | 31% |
| Elektroden | / | 47% |
| Feuerfest | 24% | 1% |
| Druckgusserzeugnisse | 8% | 1% |
| Reibungsmaterialien | 3% | 2% |
| Schmierstoffe | 3% | 3% |
| Wiederaufkohlen | 2% | 8% |
| Graphitformen | 1% | 4% |
Inhalte
Was ist Graphit?
Graphit ist ein weicher, schwarzer, kristalliner Kohlenstoff in metamorphen Gesteinen wie Marmor, Schiefer und Gneis.
Es ist sehr stabil, hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und ist beständig gegen hohe Temperaturen.
Graphit umfasst natürlichen und synthetischen Graphit. Natürlichen Graphit gibt es in drei Formen: Flockengraphit, kristallin und amorph. Synthetischer Graphit umfasst isostatischen Graphit, extrudierten Graphit, geformten Graphit usw.
Struktur und Eigenschaften von Graphit
Graphit hat eine zweidimensionale, geschichtete hexagonale Kristallstruktur. Jede Schicht aus Kohlenstoffatomen ist wabenförmig angeordnet, und zwischen den Schichten bestehen schwache Van-der-Waals-Kräfte.
Verwendung von Graphit
Sie sehen, dass Graphit in zahlreichen Branchen eingesetzt wird, von traditionellen Herstellungsprozessen über neue Energiematerialien bis hin zu Schmier- und Flammschutzmitteln.
Graphitelektroden
Der größte Anwendungsmarkt für synthetischen Graphit sind Graphitelektroden aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit. Wie metallische Werkstoffe verfügt Graphit über delokalisierte freie Elektronen, die sich frei bewegen und Strom leiten können. Graphitelektroden werden hauptsächlich in Lichtbogenöfen eingesetzt und spielen auch in Pfannenöfen und anderen Schmelzprozessen zur Stahlveredelung eine wichtige Rolle.
Feuerfeste Materialien
Graphit zeichnet sich durch Oxidationsbeständigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, chemische Inertheit und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aus. Er ist ein wichtiges Material in der Feuerfestindustrie.
Flockengraphit wird häufig als Deckschicht für Metallschmelzen verwendet, da er hohen Temperaturen von über 3000 °C standhält und Wärme ableiten kann.
Li-Batterie
Graphit ist ein ideales Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien mit folgenden Vorteilen:
- Lange Lebensdauer und Stabilität
Die geschichtete Kristallstruktur des Graphits kann während des wiederholten Einsetzens und Entnehmens von Lithiumionen stabil bleiben, was Lithiumbatterien eine hervorragende Zyklenleistung und Haltbarkeit verleiht.
- Hohe Kapazität
Graphit kann Lithiumionen effektiv speichern, wodurch eine hohe Energiedichte erreicht und die Energiespeicherkapazität von Batterien verbessert wird.
- Kostengünstig
Im Vergleich zu anderen Metallanoden ist natürlicher und synthetischer Graphit kostengünstig.
Pulvermetallurgie
Im Pulvermetallurgie In der Graphitindustrie erfüllt Graphit zwei Hauptfunktionen:
- Schmiertechnik
Graphit ist ein gutes Trockenschmiermittel, das die Reibungseigenschaften von Pulvermetallteilen verbessert. Typische Anwendungen sind: selbstschmierende Sinterbuchsen, Ventilführungen, Ventilsitze. Es wird auch zum Sintern von Bremsbelägen, Kupplungsreibscheiben und Belägen verwendet.
- Legierungselemente
Während des Mischvorgangs wird dem Metallpulver Graphitpulver als Legierungselement zugesetzt.
Während des Sinterprozesses diffundiert Graphitpulver in die Matrix des Sinterteils und verbessert so wirksam dessen Härte, Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit.
LED-Industrie
Graphit wird verwendet in durch starke LED Kühlkörper zur effizienten Wärmeableitung, wodurch eine längere LED-Lebensdauer und stabile Leistung gewährleistet werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkörpern aus Aluminium bieten Wärmeverteiler auf Graphitbasis eine bessere Wärmeleitfähigkeit bei geringem Gewicht.
Automobilindustrie
Graphitmaterialien werden auch in der Automobilindustrie eingesetzt. Beispielsweise kann Graphit in Bremsbelägen, Kohlenstoffdichtungen, Lagern, Unterlegscheiben und Kupplungen gute Reibungs- und Wärmeableitungseigenschaften bieten.
Luft- und Raumfahrt
Graphit wird von Luft- und Raumfahrtingenieuren aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, seiner Korrosionsbeständigkeit, hohen Temperaturbeständigkeit und guten Wärmeleitfähigkeit bevorzugt.
Gewichtsreduzierung ist für die Luft- und Raumfahrt sehr wichtig, da sie den Treibstoffverbrauch senken und die Kosten reduzieren kann.
Aufgrund seiner selbstschmierenden Eigenschaften und der hohen Temperaturbeständigkeit von über 3000 °C ist Graphit eine hervorragende Wahl für Dichtungen, Lager und Ventile in der Luft- und Raumfahrt.
Casting
Graphit wird auch häufig in Stranggusskokillen verwendet. Es bietet folgende Vorteile:
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und hohe Temperaturbeständigkeit
Beim Gießen ist die Form sehr unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient von Graphit verhindert Verformungen oder Risse.
- Gute Schmierfähigkeit
Die guten selbstschmierenden Eigenschaften von Graphit verringern die Reibung zwischen der Form und dem Gussmaterial, was sich positiv auf die Entformung von Gussteilen auswirkt.
- Haltbarkeit und Kosten
Graphitformen sind langlebig und relativ kostengünstig.
- Gute chemische Inertheit
Graphit kann chemischen Reaktionen mit geschmolzenem Metall widerstehen und die Integrität der Form bewahren.
Malen & Schreiben
Graphit ist weich und schwarz und kann sowohl zur Herstellung traditioneller Holzbleistifte als auch von Druckbleistiften mit auswechselbaren Minen verwendet werden. Die Härte eines Bleistifts hängt vom Verhältnis von Graphit zu Ton ab.
Mit Graphitstiften können Sie zeichnen und schreiben und sie lassen sich leicht vom Papier löschen.
FAQ
Wie hoch ist die theoretische Dichte von Graphit?
Das Theoretische Dichte von Graphit beträgt 2.26 g/cm3, aber die Dichte von synthetischem Graphit beträgt im Allgemeinen 1.6–1.9 g/cm3.