El grafito es un material no metálico, pero tiene propiedades similares a las del metal, como conductividad térmica y eléctrica, y tiene una amplia gama de aplicaciones.
Por lo tanto, el grafito se utiliza ampliamente en refractarios, baterías, fundición y materiales de fricción.
La siguiente tabla muestra la participación de la aplicación del grafito natural y del grafito artificial en diferentes industrias en 2024.
| Aplicaciones | Grafito natural | Grafito sintético |
|---|---|---|
| Batería | 52% | 31% |
| Los electrodos | / | 47% |
| Refractarios | 24% | 1% |
| Piezas Fundidas | 8% | 1% |
| Materiales de fricción | 3% | 2% |
| Lubricantes | 3% | 3% |
| Recarburación | 2% | 8% |
| Formas de grafito | 1% | 4% |
¿Qué es el grafito?
El grafito es un carbono blando, negro y cristalino presente en rocas metamórficas como el mármol, el esquisto y el gneis.
Es muy estable, tiene alta conductividad eléctrica y térmica y es resistente a altas temperaturas.
El grafito incluye el grafito natural y el grafito sintético. El grafito natural se presenta en tres formas: en escamas, cristalino y amorfo, mientras que el grafito sintético incluye el grafito isostático, el grafito extruido, el grafito moldeado, etc.
Estructura y propiedades del grafito
El grafito tiene una estructura cristalina hexagonal en capas bidimensionales. Cada capa de átomos de carbono está dispuesta en forma de panal, y existen fuerzas de van der Waals débiles entre ellas.
Uso del grafito
Se puede ver que el grafito se utiliza en una variedad de industrias, desde procesos de fabricación tradicionales hasta nuevos materiales energéticos, pasando por lubricación y materiales retardantes de llama.
Electrodos de grafito
El mayor mercado de aplicación del grafito sintético son los electrodos de grafito debido a su buena conductividad eléctrica. Al igual que los materiales metálicos, el grafito posee electrones libres deslocalizados que pueden moverse libremente y conducir la electricidad. Los electrodos de grafito se utilizan principalmente en hornos de arco eléctrico y también desempeñan un papel clave en hornos cuchara y otros procesos de fundición para el refinado del acero.
Materiales refractarios
El grafito ofrece ventajas como resistencia a la oxidación, buena conductividad térmica, inercia química y bajo coeficiente de expansión. Es un material importante en la industria refractaria.
El grafito en escamas se utiliza a menudo como capa de cobertura para metales fundidos porque puede soportar altas temperaturas de más de 3000 ℃ y puede disipar el calor.
Bateria de Litio
El grafito es un material de ánodo ideal para baterías de iones de litio con las siguientes ventajas:
- Larga vida útil y estabilidad
La estructura cristalina en capas del grafito puede permanecer estable durante la inserción y extracción repetidas de iones de litio, lo que hace que las baterías de litio tengan un excelente rendimiento de ciclo y durabilidad.
- Alta capacidad
El grafito puede almacenar eficazmente iones de litio, proporcionando una alta densidad energética y mejorando la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías.
- Rentabilidad
En comparación con otros ánodos metálicos, el grafito natural y sintético es rentable.
Metalurgia de polvos
En la sección Metalurgia de polvos En la industria, el grafito tiene dos funciones principales:
- Lubricación
El grafito es un buen lubricante seco, lo que favorece la mejora de la fricción en piezas de metal en polvo. Sus aplicaciones típicas son: bujes sinterizados autolubricantesGuías y asientos de válvulas. También se utiliza para sinterizar pastillas de freno, discos de embrague y forros.
- Elementos de aleación
Durante la etapa de mezcla, se agrega polvo de grafito al polvo de metal como elemento de aleación.
Durante el proceso de sinterización, el polvo de grafito se difunde en la matriz de la pieza sinterizada, mejorando eficazmente su dureza, resistencia a la tracción y durabilidad por fatiga.
Industria LED
El grafito se utiliza en Luz LED Disipadores de calor para disipar el calor de manera eficiente, lo que garantiza una mayor vida útil del LED y un rendimiento estable.
En comparación con los disipadores de calor de aluminio tradicionales, los disipadores de calor a base de grafito ofrecen una mejor conductividad térmica y además son livianos.
Automóvil
También se utilizan materiales de grafito en la industria automotriz. Por ejemplo, en pastillas de freno, sellos de carbono, cojinetes, arandelas y embragues, el grafito puede proporcionar buenas propiedades de fricción y disipación del calor.
Aeroespacial
Los ingenieros aeroespaciales prefieren el grafito debido a su alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y buena conductividad térmica.
La reducción de peso es muy importante en la industria aeroespacial porque puede reducir el consumo de combustible y reducir los costos.
Las propiedades autolubricantes del grafito y su resistencia a altas temperaturas de más de 3000 ℃ lo convierten en una excelente opción para sellos, cojinetes y válvulas aeroespaciales.
Casting
El grafito también se utiliza comúnmente en moldes de colada continua. Presenta las siguientes ventajas:
- Bajo coeficiente de expansión térmica y resistencia a altas temperaturas.
Durante la fundición, el molde se somete a temperaturas muy desiguales. El bajo coeficiente de expansión térmica del grafito evita que se deforme o agriete.
- Buena lubricidad
Las buenas propiedades autolubricantes del grafito reducen la fricción entre el molde y el material de fundición, lo que resulta beneficioso para el desmoldeo de piezas fundidas.
- Durabilidad y costo
Los moldes de grafito tienen buena durabilidad, larga vida útil y un costo relativamente bajo.
- Buena inercia química
El grafito puede resistir reacciones químicas con el metal fundido y mantener la integridad del molde.
Pintura y escritura
El grafito es blando y de color negro, y se puede utilizar para fabricar tanto lápices de madera tradicionales como portaminas con minas reemplazables. La dureza de un lápiz depende de la proporción de grafito y arcilla.
Con lápices de grafito se puede dibujar y escribir, y se pueden borrar fácilmente del papel.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la densidad teórica del grafito?
El teórico densidad del grafito es de 2.26 g/cm3, pero la densidad del grafito sintético generalmente es de 1.6-1.9 g/cm3.