Graphite là một dạng thù hình của cacbon, thường được gọi với tên tiếng Việt là than chì. Nó có khả năng chịu nhiệt rất tốt, nhiệt độ nóng chảy của chúng lên đến hơn 3800 độ C.
Vật liệu graphite được biết đến nhiều nhất nhờ độ dẫn điện, khả năng chống ăn mòn và chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy nó được dùng phổ biến trong các ứng dụng chịu nhiệt độ cao và áp suất cao trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, điện cực, hạt nhân, năng lượng và quân sự.
1. Vật liệu graphite là gì?
Như đã nói, graphite là một dạng thù hình đặc biệt của carbon. Dù nó chỉ là một dạng thù hình của cacbon, nhưng hai thuật ngữ này không thể hoán đổi cho nhau. Cacbon tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau như graphite, kim cương và fullerit. Graphite là dạng thù hình ổn định nhất và phổ biến nhất của Carbon vì carbon tự nhiên tổ chức thành graphit trong điều kiện thông thường.
Graphite trong tự nhiên được tìm thấy ở các mỏ quặng khi khai thác than. Trong khi đó, Graphite nhân tạo thường được chế tạo từ than cốc dầu mỏ. Tinh thể của Graphite cực kỳ hiếm có, một số hợp chất có chứa thành phần Graphite như: Mica, Thạch anh, turmalin, thiên thạch, calcit,…
2. So sánh vật liệu graphite tự nhiên và graphite nhân tạo
|
Graphite tự nhiên |
Graphite nhân tạo |
|
|
Nguồn gốc |
Chiết xuất từ các loại đá mesomorphic tự nhiên |
Sản xuất thông qua quy trình xử lý nhiệt, hóa học hoặc kết tinh hóa hơi hoá học (CVD) |
|
Đặc điểm cấu trúc |
- Có cấu trúc lớp không đồng nhất - Độ tinh thể khác nhau, từ không tinh khiết đến tinh thể cao |
- Cấu trúc đồng nhất và có thể kiểm soát chính xác thông qua quy trình sản xuất |
|
Khả năng dẫn nhiệt (W/m·K) |
- Trong mặt phẳng: 140-500 - Qua độ dày: 3-10 |
- Thường cao hơn graphite tự nhiên, có thể được tối ưu hóa cho từng ứng dụng cụ thể |
|
Độ tinh khiết |
Tạp chất nhiều hơn, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất |
Độ tinh khiết cao hơn, giảm thiểu tạp chất và cải thiện hiệu năng |
|
Tính mềm |
Dễ dàng xử lý và chế biến thành các tấm mỏng linh hoạt, phù hợp với bề mặt không đều |
Có thể được tùy chỉnh nhưng ít mềm mại hơn so với graphite tự nhiên |
|
Khả năng chịu nhiệt |
Hạn chế cho các ứng dụng có yêu cầu nhiệt độ cao |
Chịu nhiệt tốt hơn, có thể sử dụng ở các môi trường nhiệt độ cực cao |
|
Ứng dụng |
Tản nhiệt, bộ phân phối nhiệt, vật liệu giao diện nhiệt (TIMs) trong các thiết bị thông thường |
Các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao: thiết bị điện tử cao cấp, hàng không vũ trụ, và pin lithium-ion |
|
Mật độ (g/cm³) |
1.1-1.7 (thấp hơn nhôm và đồng) |
Thay đổi theo yêu cầu, nhưng thường cao hơn để tăng hiệu suất |
|
Lợi ích |
- Giá cả hợp lý hơn - Chế biến dễ dàng, phù hợp với các ứng dụng thông thường |
- Dẫn nhiệt và tinh khiết cao hơn - Có thể tùy chỉnh cấu trúc theo ứng dụng cụ thể |
|
Nhược điểm |
Khả năng dẫn nhiệt và chịu nhiệt kém hơn trong một số ứng dụng cao cấp |
- Chi phí sản xuất cao hơn - Quy trình sản xuất phức tạp, tác động môi trường lớn hơn |
|
Tác động môi trường |
Khai thác và xử lý ít gây ô nhiễm hơn |
Quy trình sản xuất tiêu thụ năng lượng lớn và ảnh hưởng môi trường cao hơn |
Ý nghĩa của các chỉ số kỹ thuật:
- Độ tinh khiết: Biểu thị phần trăm graphite không lẫn tạp chất. Độ tinh khiết cao giúp tăng hiệu suất trong các ứng dụng yêu cầu đặc tính dẫn nhiệt hoặc điện.
- Độ dẫn nhiệt: Đo bằng W/(m·K), xác định khả năng truyền nhiệt của vật liệu.
- Độ dẫn điện: Được đo bằng khả năng cho phép dòng điện chạy qua, thường liên quan đến hiệu quả của vật liệu trong các bể điện phân hoặc thiết bị hồ quang điện.
- Mật độ: Biểu thị khối lượng trên đơn vị thể tích (g/cm³). Graphite tự nhiên nhẹ hơn các kim loại như đồng, nhôm nhưng vẫn đảm bảo tính dẫn nhiệt và cơ học tốt.
3. Ứng dụng của vật liệu graphite trong các ngành công nghiệp
Vật liệu graphite (than chì), với cấu trúc đặc biệt và các tính năng ưu việt, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, ví dụ như:
- Vật liệu chịu nhiệt: Graphite làm thành phần của gạch chịu lửa, dùng để lót trong các lò luyện kim, lò nấu kim loại.
- Gioăng làm kín chịu nhiệt, chịu áp cao: gioăng graphite được sử dụng trong các hệ thống ống dẫn hóa chất, dầu khí, làm kín trong cả lò phản ứng, tuabin và máy bơm công nghiệp.
- Pin tích điện: Graphite đóng vai trò là vật liệu chính trong sản xuất các cực anot của pin lithium-ion, pin kiềm, pin mangan và pin sạc dùng trong xe điện (EV).
- Vật liệu dẫn điện: nhờ khả năng dẫn điện vượt trội, vật liệu graphite được ưu tiên sử trong các bể điện phân, hồ quang điện, chổi than tiếp điện,...
- Công nghiệp hàng không vũ trụ: than chì là vật liệu lý tưởng trong ngành hàng không để sản xuất hộp động cơ máy bay, vật liệu cách nhiệt trong các thiết bị vũ trụ, đầu và mũi tên lửa.
4. Các tiêu chuẩn quốc tế cần biết về vật liệu graphite
Trong lĩnh vực công nghiệp, các tiêu chuẩn quốc tế đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng, hiệu suất và an toàn khi sử dụng vật liệu graphite. Một số tiêu chuẩn nổi bật bao gồm:
- ISO 20204: Đảm bảo các tính chất cơ bản của graphite, như độ tinh khiết và độ dẫn nhiệt, thường áp dụng cho các ứng dụng chịu nhiệt và hóa chất.
- ASTM C781: Tiêu chuẩn liên quan đến các thử nghiệm đối với vật liệu graphite, bao gồm độ bền, độ dẫn nhiệt và khả năng chịu nén.
- ASTM D7219: Chất liệu graphite được kiểm duyệt trong môi trường khắc nghiệt, phù hợp sử dụng cho các lò phản ứng hạt nhân hoặc công nghiệp hàng không vũ trụ.
- ISO 12985: Xác định quy trình kiểm tra và đo lường các đặc tính kỹ thuật của graphite, đặc biệt trong các ứng dụng dẫn điện.
Các thông tin về vật liệu graphite trên đây được sưu tập từ các nguồn đáng tin cậy và đã thông qua sự tham vấn của đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm tại công ty Kiên Dũng. Hy vọng các thông tin bên trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về nhóm vật liệu than chì này.
___________________
Thông tin liên hệ
CÔNG TY TNHH TM - SX - DV KIÊN DŨNG (KIDUCO)
Hotline: 0988.461.465
Zalo: 0988.461.465
Email: salesadmin@kiduco.com.vn
Fanpage: https://www.facebook.com/kiduco
