Différences et liens entre le graphite naturel et artificiel

1. Classification et caractéristiques du graphite

1.1 Graphite naturel

Le graphite naturel est formé à partir de matière organique riche en carbone soumise à une exposition prolongée à des températures et à des pressions élevées dans des environnements géologiques ; c'est une cristallisation de la nature. Les caractéristiques de transformation du graphite naturel dépendent principalement de sa morphologie cristalline. Les minéraux ayant des morphologies cristallines différentes ont des valeurs industrielles et des utilisations différentes. Il existe de nombreux types de graphite naturel. Sur la base de différentes morphologies cristallines, le graphite naturel est divisé industriellement en trois catégories : le graphite cristallin dense, le graphite en paillettes et le graphite cryptocristallin. Dans mon pays, il existe principalement deux grandes catégories : le graphite en paillettes et le graphite cryptocristallin.

1.2 Graphite artificiel

Le graphite artificiel est similaire aux matériaux polycristallins en cristallographie. Il existe de nombreux types de graphite artificiel et leurs procédés de production varient considérablement. D'une manière générale, tous les matériaux graphites obtenus par carbonisation de matière organique suivie d'une graphitisation à haute température peuvent être collectivement appelés graphite artificiel, comme la fibre de carbone (graphite), le carbone pyrolytique (graphite) et la mousse de graphite. Au sens étroit, le graphite artificiel fait généralement référence à un matériau solide en blocs produit à partir de matières premières carbonées à faible teneur en impuretés (coke de pétrole, coke de brai, etc.) comme agrégats et de brai de goudron de houille comme liants, par le biais de processus tels que le dosage, le mélange, le moulage, la carbonisation (connue industriellement sous le nom de calcination) et la graphitisation. Les exemples incluent les électrodes de graphite et le graphite de pressage isostatique à chaud.

DHM-918 High-Purity Graphite Block for Manufacturing

2. Différences et liens entre le graphite naturel et le graphite artificiel

Étant donné que le graphite artificiel produit à partir de graphite naturel est généralement au sens étroit, cette analyse se concentrera sur les différences et les liens entre le graphite naturel et le graphite artificiel au sens étroit.

2.1 Structure cristalline

Graphite naturel : Le développement des cristaux est relativement complet. Le degré de graphitisation du graphite en paillettes est supérieur à 98 %, tandis que le degré de graphitisation du graphite microcristallin naturel est généralement inférieur à 93 %.

Graphite artificiel : Le degré de développement des cristaux dépend des matières premières et de la température du traitement thermique. Généralement, plus la température du traitement thermique est élevée, plus le degré de graphitisation est élevé. Actuellement, le degré de graphitisation du graphite artificiel produit industriellement est généralement inférieur à 90 %.

2.2 Microstructure

Graphite naturel en paillettes : monocristal avec une microstructure relativement simple, contenant uniquement des défauts cristallographiques (tels que des défauts ponctuels, des dislocations, des défauts d'empilement, etc.), présentant des caractéristiques anisotropes macroscopiquement. Le graphite microcristallin naturel a des grains plus petits, des grains disposés de manière aléatoire et des pores après élimination des impuretés, présentant des caractéristiques isotropes de manière macroscopique.

Graphite artificiel : peut être considéré comme un matériau multiphasé, comprenant la phase graphite transformée à partir de particules carbonées telles que le coke de pétrole ou le coke de brai, la phase graphite transformée à partir du liant de goudron de houille entourant les particules et les pores formés après l'accumulation de particules ou le traitement thermique du liant de goudron de houille.

2.3 Morphologie physique

Graphite naturel : existe généralement sous forme de poudre et peut être utilisé seul, mais est généralement utilisé en combinaison avec d’autres matériaux.

Graphite artificiel : se présente sous diverses formes, notamment sous forme de poudre, de fibres et de blocs, mais au sens strict, le graphite artificiel se présente généralement sous forme de blocs et doit être transformé en une forme spécifique pour être utilisé.

2.4 Propriétés physicochimiques

En termes de propriétés physicochimiques, le graphite naturel et le graphite artificiel partagent certains points communs mais présentent également des différences. Par exemple, le graphite naturel et artificiel est de bons conducteurs de chaleur et d’électricité. Cependant, pour les poudres de graphite de même pureté et de même granulométrie, le graphite naturel en paillettes a la meilleure conductivité thermique et électrique, suivi du graphite microcristallin naturel, le graphite artificiel ayant la plus faible. Le graphite possède un bon pouvoir lubrifiant et un certain degré de plasticité. Le graphite en flocons naturel, avec sa structure cristalline plus développée, a un coefficient de frottement plus faible, ce qui se traduit par le meilleur pouvoir lubrifiant et la plus haute plasticité. Viennent ensuite le graphite cristallin dense et le graphite cryptocristallin, tandis que le graphite artificiel est le pire.

SGL R8710 Isostatic Graphite Sheet for Industrial Use

3. Domaines d'application du graphite naturel et artificiel

Le graphite possède de nombreuses excellentes propriétés, trouvant ainsi de nombreuses applications dans la métallurgie, les machines, l'électrotechnique, l'industrie chimique, le textile et les industries de défense. Les domaines d'application du graphite naturel et artificiel se chevauchent dans une certaine mesure, mais diffèrent également.

3.1 Industrie métallurgique

Dans l'industrie métallurgique, le graphite naturel en paillettes, en raison de sa bonne résistance à l'oxydation, peut être utilisé pour produire des matériaux réfractaires tels que des briques de magnésie-carbone et des briques d'alumine-carbone. Le graphite artificiel peut être utilisé comme électrodes dans la fabrication de l'acier, tandis que les électrodes en graphite naturel sont difficiles à utiliser dans les conditions de fonctionnement exigeantes des fours électriques de fabrication de l'acier.

3.2 Industrie des machines

Dans l'industrie des machines, les matériaux en graphite sont couramment utilisés comme matériaux résistants à l'usure et lubrifiants. Le graphite en flocons naturel a un bon pouvoir lubrifiant et est souvent utilisé comme additif dans les huiles lubrifiantes. Les équipements transportant des fluides corrosifs utilisent largement des segments de piston, des joints et des roulements en graphite artificiel, qui ne nécessitent pas l'ajout d'huile lubrifiante pendant le fonctionnement. Des matériaux composites à base de graphite naturel et de résines polymères peuvent également être utilisés dans ces domaines, mais leur résistance à l'usure n'est pas aussi bonne que celle du graphite artificiel.

3.3 Industrie chimique

Le graphite artificiel présente des caractéristiques telles que la résistance à la corrosion, une bonne conductivité thermique et une faible perméabilité. Il est largement utilisé dans l'industrie chimique pour fabriquer des équipements tels que des échangeurs de chaleur, des réservoirs de réaction, des tours d'absorption et des filtres. Des matériaux composites à base de graphite naturel et de résines polymères peuvent également être utilisés dans ces domaines, mais leur conductivité thermique et leur résistance à la corrosion ne sont pas aussi bonnes que celles du graphite artificiel.