La grafite è una modifica naturale del carbonio: i suoi atomi si dispongono nel modello esagonale, tipico del carbonio, formando un reticolo stratificato e la grafite assume il suo tipico colore grigio, dalla tonalità opaca fino ai cristalli neri.
La struttura di questo materiale è a strati e in ogni strato ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre: questo si traduce in una rete bidimensionale di esagoni con, all’interno, legami forti e strati con legami molto deboli. Pertanto, gli strati possono essere facilmente spostati l’uno contro l’altro e anche separati.
La grafite si trova naturalmente sulla terra ma può anche essere prodotta sinteticamente: il processo di produzione della grafite sintetica è molto complesso, ma offre la possibilità di modificare le proprietà della grafite.
Conduttività elettrica, conduttività termica e alta resistenza agli agenti chimici
Le applicazioni della grafite sono molteplici: essa è necessaria per applicazioni elettroniche ed elettriche, in metallurgia, per la produzione di vetro e vetro di quarzo, come anche in applicazioni meccaniche e nucleari.
Un minerale trigonale tenero, untuoso, grigio scuro, dalla lucentezza metallica e facilmente sfaldabile: la grafite è un buon conduttore dell’elettricità e del calore, inossidabile e resistente agli acidi, fusibile solo a circa 3000 °C, e trova applicazioni in molti contesti, dall’elettrotecnica all’elettronica, dalla metallurgia alla chimica e all’industria, e come materiale di protezione per impianti di produzione di energia nucleare.
La grafite è inoltre usata per la preparazione di vernici antiossidanti, miscele lubrificanti e, con caolino, per la fabbricazione delle matite.
Presente in rocce metamorfiche, in Italia si ritrovava nelle valli del Chisone, del Pellice e della Bormida di Millesimo e ad oggi in altri siti tra Cina, Francia, Germania e Canada. La grafite artificiale viene invece ottenuta sottoponendo a elevate temperature materiali carboniosi come antracite, carbone di legna e coke di petrolio.
La produzione sintetica di grafite iniziò alla fine del XIX secolo, precisamente nel dicembre 1895, negli Stati Uniti, quando fu registrato un brevetto per la grafitizzazione del carbonio.
L’elettrografite ottenuta in questo processo di fabbricazione fu utilizzata come elemento di trasmissione di corrente sotto forma di elettrodi e la grafite è diventata da allora sempre più importante per una vasta gamma di settori ed industrie.
La base della grafite sintetica è costituita da un vettore di carbonio molto duro, solitamente carbone da petrolio greggio, e pece a fungere da legante. Le due materie prime vengono miscelate per formare una massa omogenea e in seguito lavorate e raffinate in complessi processi ad alta temperatura. Questi processi variano a seconda delle proprietà desiderate e del tipo di grafite sintetica: in questo modo un processo può essere riprodotto in breve tempo, soprattutto se paragonato a quello naturale, che “costa” milioni di anni.
La morfologia di gran parte della grafite sintetica varia da fiocchi nelle polveri fini a grani irregolari e aghi nei prodotti più grossolani. In questa presentazione tecnica sono incluse micrografie a scansione elettronica della morfologia dei materiali di coke di petrolio calcinato grafitizzabili, grafite in scaglie altamente cristallina, presente in natura, e grafite sintetica finemente macinata.
Per “grafite isostatica” si indica la grafite formata isostaticamente: questo significa che la miscela di materie prime viene compattata in blocchi rettangolari o rotondi in una cosiddetta pressa isostatica a freddo (CIP). Rispetto ad altre tecniche, come l’estrusione o lo stampaggio a vibrazione, questa tecnologia può produrre una forma più isotropa di grafite sintetica.
Inoltre, la grafite isostatica ha generalmente le granulometrie più piccole di tutta la grafite sintetica.
Oggi la grafite isostatica rappresenta gran parte del mercato di questo materiale a grana fine e ha trovato applicazioni in oltre 30 diversi settori, dalle applicazioni nucleari e metallurgiche ai semiconduttori, al solare e molti altri.
Tra le applicazioni della grafite isostatica troviamo billette, nastri, tubi e fusioni a filo per vari metalli tra cui alluminio, ottone, bronzo, ferro (grigio e duttile), argentone, rame-nichel, leghe di metalli preziosi, argento e oro e vari componenti nel campo dell’elettroerosione.
La grafite estrusa è prodotta per processo di estrusione: rispetto alla grafite isostatica, ha una granulometria più grossolana e una resistenza inferiore, al pari di una maggiore conduttività termica ed elettrica.
Tra gli usi comuni della grafite estrusa troviamo rulliere di evacuazione, anelli, rulli, ugelli, crogioli, puntali miscelatori, piastre di usura, manicotti, condotti, dischi, vassoi da sinterizzazione, distanziatori, rivestimenti per fornaci e blocchi lubrificanti per tutti i settori.
Generalmente usata nelle fonderie di leghe ferrose e non ferrose