Was ist Graphit?

Graphit ist ein natürlicher Abkömmling des Kohlenstoffs; seine Atome sind für das Element typisch hexagonal angeordnet, geschichtete Netze bildend. Er hat eine typisch graue Färbung und matte Oberfläche bis hin zu schwarzen Kristallen.

Die Struktur dieses Materiales  besteht aus Schichten und in jeder Schicht ist ein Kohlenstoffatom an weitere drei Atome gebunden. Daraus bildet sich ein zweidimensionales Netz aus Sechsecken, in deren Innerem starke Bindungen herrschen und zwischen den Schichten mit eher schwachen Bindungen. Aus diesem Grund können die Schichten relativ einfach verschoben und letztendlich auch getrennt werden.. Graphit kommt zwar natürlich vor, kann aber auch synthetisch hergestellt werden. Der Produktionsprozeß des synthetischen Graphites ist sehr complex, bietet aber die Moeglichkeit, die Eigenschaften des Graphites zu veraendern.

Fondamentale Graphiteigenschaften

Elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitung und hohe Resistenz gegenüber Chemikalien.

Anwendungsgebiete des Graphites

Die Anwendungen des Graphits sind vielgestaltig: Graphit wird fuer elektronische und elektische Anwendungen benötigt, in der Metallurgie, fuer die Herstellung von Glas sopwie fuer mechanische und nukleare Einsätze.

Graphit

Ist ein trigonales, weiches Mineral, ölig, dunkelgrau, mit einem metallischen Glanz und leicht ausflockbar: Graphit ist ein guter elektrischer und Wärmeleiter, rostfrei und widerstandsfähig gegen Säuren; Graphit schmilzt erst bei rund 3000 C und kommt in diversen Bereichen zum Einsatz, von der Elektrotechnik und Elektronik, von der Metallurgie zur Chemie und Industrie, bis hin zum Schutz von Produktionsanlagen von nuklärer Energie.

Graphit wird außerdem verwendet zur Herstellung von antioxidierenden Lacken, für Schmierstoffe und, in Zusammenwirkung mit Kaolin, zur Herstellung von Bleistiften.

Graphit kommt in metamorphen Gesteinen vor, in Italien gab es Vorkommen in den Taelern von Chisone, des Pellice und des Bormida und heute gibt es Vorkommen in China, in Deutschland und in Kanada. Künstlicher Graphit hingegen wird gewonnen, wenn man kohlehaltige Materialien wie Antrazith oder Holzkohle sowie Erdöl-Koks hohen Temperaturen außetzt.

Synthetischer Graphit

Die Synthese des Graphites begann Ende des 19. Jahrhunderts, genaür 1895, in den USA, als ein Patent auf die Graphitierung des Kohlenstoffes eingetragen wurde.

Der in diesem Prozess gewonnene Elektrographit wurde genutzt als Uebertragungselement von Strom mittels Elektroden. Von da an wurde Graphit immer wichtiger fuer diverse Nutzungen unterschiedlicher Sektoren und Industrien.

Die Basis des synthetischen Graphits besteht aus einem Traeger aus sehr hartem Kohlenstoff, normalerweise Kohlenstoff aus Mineralöl, und Pech mit der Funktion des Bindestoffes. Die Rohstoffe werden gemischt, um eine homogene Maße zu formen und in der Folge verarbeitet und raffiniert zu werden in einer Aufeinanderfolge komplexer Hochtemperaturprozeße. Diese unterscheiden sich je nach den Eigenschaften, die man zu erreichen wünscht und des Types des synthetischen Graphits. Somit läßt sich ein Prozeß in kürzester Zeit schaffen, der in der Natur Millionen Jahre in Anspruch nehmen würde.

Morphologie des synthetischen Graphites

Die Beschaffenheit des Großteiles des synthetischen Graphites variiert zwischen Flocken in den Feinstpulvern zu unregelmäßigen und groeberen Körnern und Nadeln in den Produkten. In dieser technischen Präsentation sind Mikrografien und elektronische Abbildungen der Beschaffenheit von “graphitablen” Mineralöl-Koks, von hochgradig auskristallisierten  Graphit-Blättern, natürlich vorkommend, und von fein gemahlenem synthetischen Graphit zu sehen.

Herstellungsprozeß synthetischen Graphites

Die Produktionsprozeße synthetischen Graphites sind für die spätere Phase der Formung daran gebunden, daß die festen Ausgangßtoffe Koks und Graphit zusammen mit Kohlenstoff-haltigen Bindemitteln wie Pech gemahlen und gemischt werden müßen. Es sind unterschiedliche Prozeße verfügbar wie die isostatische Preßung, die Extruierung, die Vibrationspreßung und die Formpreßung. Die “Formlinge” werden dann unter Saürstoffauschluß bei rund 1000 Grad C erhitzt. Während dieses Prozeßes entstehen Bindungsbrücken zwischen den festen Teilen. Die Graphitierung, die 2. Phase der thermischen Bearbeitung, verwandelt bei 3000 Grad C den amorphen Kohlenstoff in dreidimensionalen, geordneten Graphit und die gedruckten, graphetierten Teile werden mechanisch in komplexe Komponenten umgewandelt.

Isostatischer Graphit: eine Form des synthetischen Graphites

Mit diesem Graphit ist das isostatisch geformte Material gemeint; das bedütet das die Mischung der Ausgangsstoffe in rechteckigen Bloecken mittels einer sogenannten kalten isostatischen Preße (CIP) verdichtet werden. Im Vergleich zu anderen Varianten wie der Extrudierung oder der Vibrationspreßung kann dieser Vorgang den synthetischen Grapit in eine isotropere Form bringen.

Darüberhinaus hat der isostatische Graphit generell die kleinste Körnung aller synthetischer Graphitarten. Heute wird der größte Teil des Marktes durch dieses feinkörnige Material mit über 30 Anwendungen in unterschiedlichsten Bereichen abgedeckt. Dies betrifft Anwendungen auf dem Nuklärsektor und in der Metallurgie, in der Halbleitertechnik, bei der Solarenergie und anderen.

Unter den Anwendungen des isostatischen Graphites finden wir Stäbe, Röhren, Bänder und Drahtguss für verschiedene Metalle wie beispielsweise Alluminium, Meßing, Bronze, Eisen (grau und dehnbar), Silber, Kupfer, Nickel, Edelmetall-Legierungen, Gold und diverse Komponenten aus dem Bereich der Elektroerosion.

Typische Eigenschaften des isostatischen Graphites

  • Hitzebeständigkeit und extrem hohe Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien
  • Thermische Schockbeständigkeit
  • Hohe elektrische Leitfähigkeit
  • Hohe Wärmeleitfaehigkeit
  • Zunahme der Robustheit bei steigenden Temperaturen
  • Leichte Verarbeitung
  • Hohe Reinheit des Produktes < 5 ppm

Anwendungen isostatischen Graphites

  • Behandlung von Alluminium
  • Zusammengesetzte Halbleiter und LED
  • Daürguß
  • Funktion bei elektrischen Entladungen
  • Glasindustrie und feürfeste Materialien
  • Photovoltaik

Extruder-Graphit, eine andere Variation des synthetischen Graphites

Der extrudierte Graphit  wird in einem Extrusionsprozeß gefertigt. Im Vergleich zum isostatischen Graphit hat dieser eine grobere Körnung und geringere Resistenzen, während die Leitfähigkeit von Wärme und Strom unverändert bleiben.Zu den gewöhnlichen Verwendungen gehören Abstellhähne, Mischbatterien, Ringe, Rollen, Düsen, Tiegel, Führungen, Abstandhalter, Verschleißplatten, Sinterschalen und Manschetten sowie Verkleidungen von öfen und Schmierblöcke für alle Bereiche.

Typische Eigenschaften des extrudierten Graphites

  • Thermisch und elektrisch leitend
  • Biegezugfest
  • Hohe thermische und chemische Widerstandsfähigkeit
  • Hohe thermische Schockbeständigkeit

Anwendungsbereiche extrudierten Graphites

Meist verwendet in Gießereien von eisenhaltigen und anderen Legierungen