Filc grafitowy dzieli się na trzy typy: filc grafitowy na bazie asfaltu, filc grafitowy na bazie poliakrylonitrylu (PAN) i filc grafitowy na bazie wiskozy ze względu na różne stosowane filce surowe. Jego głównym zastosowaniem jest materiał do konserwacji cieplnej i izolacji w piecach do wytopu krzemu monokrystalicznego. W przemyśle chemicznym może być stosowany jako materiał filtracyjny do wysoce czystych żrących odczynników chemicznych.
Filc węglowy jest poddawany obróbce w wysokiej temperaturze powyżej 2000°C w próżni lub atmosferze obojętnej, aby stać się filcem grafitowym. Zawartość węgla jest wyższa niż w filcu węglowym i wynosi ponad 99%. Pod koniec lat 60. XX wieku na świecie dostępne były produkty z filcu grafitowego. Filc grafitowy dzieli się na trzy typy: filc na bazie asfaltu, filc grafitowy na bazie poliakrylonitrylu i filc grafitowy na bazie wiskozy ze względu na różne rodzaje używanych filców surowych.
Wśród nich, asfalt reprezentowany przez japońską firmę Kureha Chemical jest głównym nurtem w branży izolacyjnej. Europejskie i amerykańskie filce izolacyjne są zasadniczo oparte na wiskozie, podczas gdy większość krajowych filców jest oparta na poliakrylonitrylu. Proces: Potnij filc węglowy na bazie poliakrylonitrylu lub filc węglowy na bazie wiskozy na wymagany rozmiar, zwiń go w cylinder i umieść w pojemniku wykonanym z materiału grafitowego, umieść pojemnik grafitowy w piecu wysokotemperaturowym (piec wysokotemperaturowy to piec rurowy grafitowy, piec indukcyjny średniej częstotliwości, wysokiej częstotliwości lub inny piec wysokotemperaturowy z formą grzewczą) i użyj próżni lub ochrony gazem obojętnym o wysokiej czystości, aby podgrzać go do 2200-2500℃ z szybkością nagrzewania 100-300℃/h, a następnie schłodź go naturalnie do 100℃.
Filc grafitowy na bazie poliakrylonitrylu jest mocniejszy i ma silniejsze właściwości antyoksydacyjne niż filc grafitowy na bazie wiskozy, ale ma słabą elastyczność, dużą gęstość objętościową i dobre właściwości termoizolacyjne. Oprócz wysokiej czystości, odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję i nietopliwości grafitu blokowego, mają również zalety elastyczności, dowolnego składania, cięcia i zszywania przędzą grafitową. Głównym zastosowaniem filcu grafitowego jest materiał termoizolacyjny do pieców do wytopu krzemu monokrystalicznego. W przemyśle chemicznym może być stosowany jako materiał filtracyjny do wysoce czystych żrących odczynników chemicznych. Filc grafitowy może być stosowany w temperaturze około 3000°C w warunkach atmosfery nieutleniającej.
Główne właściwości filcu grafitowego
1. Przewodnictwo
Przewodność filcu grafitowego wynika z jego mikrostruktury składającej się z włókien grafitowych, a sam grafit jest doskonałym materiałem przewodzącym. Filc grafitowy może przewodzić prąd w warunkach niskiej rezystancji, dlatego jest bardzo popularny w zastosowaniach elektrochemicznych.
2. Odporność na wysoką temperaturę
Filc grafitowy ma doskonałą odporność na wysokie temperatury i jest zwykle stabilny w środowiskach o wysokiej temperaturze powyżej 2000°C. W środowiskach próżni lub gazów obojętnych jego temperatura odporności na utlenianie jest jeszcze wyższa. Dlatego stosowanie filcu grafitowego w obszarach o wysokiej temperaturze jest szczególnie ważne, takich jak materiały izolacyjne o wysokiej temperaturze lub wykładziny pieców do obróbki cieplnej.
3. Stabilność chemiczna
Filc grafitowy ma doskonałą odporność na korozję chemiczną i może pozostać stabilny w środowiskach kwaśnych, zasadowych lub innych chemicznie żrących. Szczególnie w środowiskach silnie kwaśnych, takich jak kwas siarkowy i kwas fluorowodorowy, jego odporność na korozję umożliwia jego stosowanie w różnych reaktorach chemicznych i zbiornikach magazynowych.
4. Niska gęstość i wysoka porowatość Filc grafitowy ma zazwyczaj niską gęstość i wysoką porowatość, co czyni go bardzo lekkim, a także ma dobrą przepuszczalność gazów i właściwości adsorpcyjne. Struktura o wysokiej porowatości zapewnia filcowi grafitowemu dużą powierzchnię właściwą, co pomaga w transporcie elektronów i wymianie materiałów w reakcjach elektrochemicznych.
5. Dobra izolacja termiczna Porowata struktura filcu grafitowego zapewnia doskonały efekt izolacji termicznej, szczególnie w środowiskach o wysokiej temperaturze, jego niska przewodność cieplna może skutecznie zmniejszyć przewodzenie ciepła. Filc grafitowy jest często stosowany jako materiał izolacyjny, aby zapewnić kontrolę ciepła w sprzęcie lub systemie.
6. Elastyczność mechaniczna Chociaż grafit jest kruchym materiałem, struktura filcu grafitowego zapewnia względną elastyczność mechaniczną. Może być przetwarzany w różne kształty i rozmiary, aby dostosować się do różnych scenariuszy zastosowań. Jednocześnie jego elastyczność sprawia, że nadaje się również do stosowania w kompozytach z innymi materiałami.
| Zawartość węgla |
% |
99 |
| Popiół |
% |
0,1 |
| Gęstość ciała |
g/cm³ |
0,1 |
| Powierzchnia właściwa |
m²/g |
2,648 |
| Szybkość wypadania filcu |
mg/ filc na gram |
1,95 |
| Szybkość utleniania |
Utrata masy ciała na godzinę w temperaturze 600C w powietrzu |
0,6 |
| Porowatość |
% |
95 |
| Opór arkusza |
Ω∙cm ² |
0,1 |
| Tolerancja grubości |
mm |
±7,5% |
| Efektywność energetyczna |
Głównie na podstawie testu wydajności pojedynczej celi, 80mA/cm ² |
87% |
| Sprawność napięciowa |
80mA/cm ² |
85% |
Główne zastosowania filcu grafitowego
1. Zastosowania elektrochemiczne Filc grafitowy jest szeroko stosowany w dziedzinie elektrochemii, szczególnie w ogniwach paliwowych, ogniwach elektrolitycznych, superkondensatorach i innych urządzeniach: Elektrody ogniw paliwowych: W ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów filc grafitowy może być stosowany jako materiał elektrodowy. Ze względu na wysoką przewodność i zdolność dyfuzji gazu może skutecznie promować transmisję i reakcję elektrochemiczną wodoru lub tlenu. Ogniwa elektrolityczne: Filc grafitowy jest stosowany jako materiał katodowy lub anodowy w niektórych zastosowaniach elektrolitycznych. Jego przewodność i stabilność chemiczna zapewniają wysoką wydajność i trwałość procesu elektrolitycznego. Superkondensatory: Ze względu na dużą powierzchnię właściwą i właściwości przewodzące filc grafitowy jest również stosowany jako materiał elektrodowy dla superkondensatorów, aby pomóc w osiągnięciu wydajnego magazynowania energii.
2. Obszar obróbki cieplnej w wysokiej temperaturze Filc grafitowy jest często stosowany jako materiał termoizolacyjny w piecach wysokotemperaturowych ze względu na doskonałą odporność na wysokie temperatury i właściwości termoizolacyjne: Wykładzina pieca wysokotemperaturowego: Filc grafitowy jest stosowany jako materiał termoizolacyjny w piecach próżniowych lub piecach do obróbki wysokotemperaturowej, co może zapewnić skuteczną osłonę termiczną w wysokich temperaturach, aby zapobiec utracie ciepła. Piec do wzrostu kryształów: W procesie produkcji materiałów o wysokiej czystości, takich jak monokrystaliczny krzem, filc grafitowy jest często stosowany jako warstwa izolacyjna, aby zapewnić kontrolę temperatury podczas wzrostu kryształów.
3. Antykorozja i filtracja Odporność na korozję i dobra adsorpcja filcu grafitowego sprawiają, że jest on szeroko stosowany w dziedzinie chemii i ochrony środowiska: Filtracja gazów korozyjnych: Ze względu na odporność chemiczną i wysoką porowatość filc grafitowy może filtrować i oczyszczać gazy lub ciecze korozyjne, na przykład do adsorpcji i filtracji gazu kwasu siarkowego. Wykładzina reaktora chemicznego: Filc grafitowy może być stosowany jako materiał wyściółkowy do pojemników lub reaktorów w niektórych silnie korozyjnych środowiskach, aby odgrywać rolę antykorozyjną i ochronną.
4. Lotnictwo i kosmonautyka Filc grafitowy jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym ze względu na swoją lekkość, wysoką wytrzymałość, odporność na wysoką temperaturę i izolację termiczną. Jest głównie stosowany jako warstwa izolacji termicznej i materiał chroniący przed wysoką temperaturą w silnikach rakietowych, satelitach i statkach kosmicznych.
5. Energia słoneczna i magazynowanie energii Przewodność cieplna i elektryczna filcu grafitowego sprawiają, że jest on szeroko stosowany w systemach wykorzystania energii słonecznej i magazynowania energii. Na przykład filc grafitowy może być stosowany jako materiał pochłaniający ciepło w kolektorach słonecznych, a także jako warstwa przewodząca w urządzeniach magazynujących energię.
6. Dziedzina energetyki jądrowej Filc grafitowy jest również stosowany w reaktorach jądrowych jako reflektor neutronów termicznych i materiał izolacyjny wysokotemperaturowy, zapewniający stabilność i bezpieczeństwo pracy reaktora.
