La grafite è un materiale non metallico, ma possiede proprietà simili a quelle dei metalli, come la conduttività termica ed elettrica, e trova un'ampia gamma di applicazioni.
Per questo motivo, la grafite è ampiamente utilizzata nei materiali refrattari, nelle batterie, nelle fusioni e nei materiali di attrito.
La tabella seguente mostra la quota di applicazione della grafite naturale e artificiale in diversi settori nel 2024.
| Applicazioni | Grafite naturale | Grafite sintetica |
|---|---|---|
| batteria | 52% | 31% |
| Elettrodi | / | 47% |
| Refrattari | 24% | 1% |
| fusioni | 8% | 1% |
| Materiali di attrito | 3% | 2% |
| Lubrificanti | 3% | 3% |
| Ricarburazione | 2% | 8% |
| Forme di grafite | 1% | 4% |
Contenuti
Cos'è la grafite?
La grafite è un carbonio cristallino, nero e morbido presente nelle rocce metamorfiche come il marmo, lo scisto e lo gneiss.
È molto stabile, ha un'elevata conduttività elettrica e termica ed è resistente alle alte temperature.
La grafite comprende la grafite naturale e quella sintetica. La grafite naturale esiste in tre forme: lamellare, cristallina e amorfa, mentre la grafite sintetica comprende la grafite isostatica, la grafite estrusa, la grafite stampata, ecc.
Struttura e proprietà della grafite
La grafite ha una struttura cristallina esagonale a strati bidimensionali. Ogni strato di atomi di carbonio è disposto a nido d'ape e tra gli strati si verificano deboli forze di van der Waals.
Uso della grafite
Come si può vedere, la grafite viene utilizzata in svariati settori, dai tradizionali processi di produzione ai nuovi materiali energetici, ai materiali lubrificanti e ignifughi.
Elettrodi di grafite
Il principale mercato applicativo della grafite sintetica è quello degli elettrodi di grafite, grazie alla sua buona conduttività elettrica. Come i materiali metallici, la grafite possiede elettroni liberi delocalizzati, che sono liberi di muoversi e condurre elettricità. Gli elettrodi di grafite sono utilizzati principalmente nei forni ad arco elettrico e svolgono un ruolo chiave anche nei forni siviera e in altri processi di fusione per la raffinazione dell'acciaio.
Materiali refrattari
La grafite presenta i vantaggi di resistenza all'ossidazione, buona conduttività termica, inerzia chimica e basso coefficiente di dilatazione. È un materiale importante nell'industria dei refrattari.
La grafite lamellare viene spesso utilizzata come strato di copertura per metalli fusi perché può resistere a temperature elevate, superiori a 3000°C, e può dissipare il calore.
Li batteria
La grafite è un materiale anodico ideale per batterie agli ioni di litio con i seguenti vantaggi:
- Lunga durata e stabilità del ciclo
La struttura cristallina stratificata della grafite può rimanere stabile durante ripetuti inserimenti ed estrazioni di ioni di litio, il che conferisce alle batterie al litio eccellenti prestazioni di ciclo e durata.
- Alta capacità
La grafite è in grado di immagazzinare efficacemente gli ioni di litio, garantendo un'elevata densità energetica e migliorando la capacità di accumulo di energia delle batterie.
- Economicamente vantaggioso
Rispetto ad altri anodi metallici, la grafite naturale e sintetica è conveniente.
Metallurgia delle polveri
Nel metallurgia delle polveri nell'industria, la grafite ha due funzioni principali:
- Lubrificazione
La grafite è un buon lubrificante secco, utile per migliorare le prestazioni di attrito delle parti in metallo in polvere. Le applicazioni tipiche sono: boccole sinterizzate autolubrificanti, guide valvole, sedi valvole. Viene utilizzato anche per la sinterizzazione di pastiglie freno, dischi frizione e guarnizioni.
- Elementi leganti
Durante la fase di miscelazione, alla polvere metallica viene aggiunta polvere di grafite come elemento di lega.
Durante il processo di sinterizzazione, la polvere di grafite si diffonde nella matrice del pezzo sinterizzato, migliorandone efficacemente la durezza, la resistenza alla trazione e la resistenza alla fatica.
Industria dei LED
La grafite è usata in Luce del LED dissipatori di calore per dissipare il calore in modo efficiente, garantendo una maggiore durata dei LED e prestazioni stabili.
Rispetto ai tradizionali dissipatori di calore in alluminio, i dissipatori di calore in grafite offrono una migliore conduttività termica pur essendo leggeri.
Automotive
I materiali in grafite vengono utilizzati anche nell'industria automobilistica. Ad esempio, nelle guarnizioni dei freni, nelle guarnizioni in carbonio, nei cuscinetti, nelle rondelle e nelle frizioni, la grafite può offrire buone proprietà di attrito e dissipazione del calore.
Aeronautico
La grafite è il materiale preferito dagli ingegneri aerospaziali per il suo elevato rapporto resistenza/peso, la resistenza alla corrosione, la resistenza alle alte temperature e la buona conduttività termica.
La riduzione del peso è molto importante nel settore aerospaziale perché può ridurre il consumo di carburante e di conseguenza i costi.
Le proprietà autolubrificanti della grafite e la sua resistenza alle alte temperature, superiori a 3000°C, la rendono un'ottima scelta per guarnizioni, cuscinetti e valvole nel settore aerospaziale.
Casting
La grafite è comunemente utilizzata anche negli stampi per colata continua. Presenta i seguenti vantaggi:
- Basso coefficiente di dilatazione termica e resistenza alle alte temperature
Durante la fusione, lo stampo è sottoposto a temperature molto irregolari. Il basso coefficiente di dilatazione termica della grafite ne impedisce la deformazione o la rottura.
- Buona untuosità
Le buone proprietà autolubrificanti della grafite riducono l'attrito tra lo stampo e il materiale di fusione, il che è vantaggioso per la sformatura dei getti.
- Durata e costo
Gli stampi in grafite hanno una buona durevolezza, una lunga vita utile e un costo relativamente basso.
- Buona inerzia chimica
La grafite è in grado di resistere alle reazioni chimiche con il metallo fuso e di preservare l'integrità dello stampo.
Pittura e scrittura
La grafite è morbida e di colore nero e può essere utilizzata per realizzare sia matite di legno tradizionali che matite meccaniche con mine sostituibili. La "durezza" di una matita dipende dal rapporto tra grafite e argilla.
Con le matite di grafite puoi disegnare e scrivere, e puoi cancellarle facilmente dalla carta.
FAQ
Qual è la densità teorica della grafite?
Il teorico densità della grafite è pari a 2.26 g/cm3, ma la densità della grafite sintetica è generalmente pari a 1.6-1.9 g/cm3.