Il feltro di grafite si divide in tre tipologie: feltro di grafite a base di asfalto, feltro di grafite a base di poliacrilonitrile (PAN) e feltro di grafite a base di viscosa, a seconda dei diversi feltri grezzi utilizzati. Il suo utilizzo principale è come materiale isolante e di conservazione del calore per i forni di fusione del silicio monocristallino. Nell'industria chimica, può essere utilizzato come materiale filtrante per reagenti chimici corrosivi ad alta purezza.
Il feltro di carbonio viene trattato ad alte temperature, superiori a 2000 °C, sotto vuoto o in atmosfera inerte, per diventare feltro di grafite. Il suo contenuto di carbonio è superiore a quello del feltro di carbonio, raggiungendo oltre il 99%. Alla fine degli anni '60, i prodotti in feltro di grafite erano disponibili in tutto il mondo. Il feltro di grafite si divide in tre tipologie: feltro di grafite a base di asfalto, feltro di grafite a base di poliacrilonitrile e feltro di grafite a base di viscosa, a seconda delle diverse materie prime utilizzate.
Tra questi, l'asfalto, rappresentato dalla giapponese Kureha Chemical, è il prodotto principale nel settore dell'isolamento. I feltri isolanti europei e americani sono fondamentalmente a base di viscosa, mentre la maggior parte di quelli nazionali è a base di poliacrilonitrile. Processo: tagliare il feltro di carbonio a base di poliacrilonitrile o il feltro di carbonio a base di viscosa nella dimensione desiderata, arrotolarlo in un cilindro e inserirlo in un contenitore di grafite. Posizionare il contenitore di grafite in un forno ad alta temperatura (il forno ad alta temperatura può essere un forno tubolare in grafite, un forno a induzione a media frequenza, ad alta frequenza o un altro forno ad alta temperatura con forma di riscaldamento) e utilizzare la protezione sotto vuoto o con gas inerte ad alta purezza per riscaldarlo a 2200-2500 °C a una velocità di riscaldamento di 100-300 °C/h, quindi raffreddarlo naturalmente a 100 °C.
Il feltro di grafite a base di poliacrilonitrile è più resistente e ha una maggiore capacità antiossidante rispetto al feltro di grafite a base di viscosa, ma presenta scarsa flessibilità, elevata densità di volume e buone prestazioni di isolamento termico. Oltre all'elevata purezza, alla resistenza alle alte temperature, alla corrosione e alla non fusione della grafite a blocchi, presenta anche i vantaggi dell'elasticità, della piegatura, del taglio e della cucitura arbitrari con filo di grafite. Il feltro di grafite viene utilizzato principalmente come materiale isolante termico per i forni di fusione del silicio monocristallino. Nell'industria chimica, può essere utilizzato come materiale filtrante per reagenti chimici corrosivi ad elevata purezza. Il feltro di grafite può essere utilizzato a una temperatura di circa 3000 °C in condizioni di atmosfera non ossidante.
Proprietà principali del feltro di grafite
1. Conduttività
La conduttività del feltro di grafite deriva dalla sua microstruttura composta da fibre di grafite, e la grafite stessa è un eccellente materiale conduttivo. Il feltro di grafite può condurre corrente in condizioni di bassa resistenza, quindi è molto diffuso nelle applicazioni elettrochimiche.
2. Resistenza alle alte temperature
Il feltro di grafite ha un'eccellente resistenza alle alte temperature ed è generalmente stabile in ambienti ad alta temperatura, superiori a 2000 °C. In ambienti sotto vuoto o con gas inerte, la sua resistenza all'ossidazione è ancora più elevata. Pertanto, l'applicazione del feltro di grafite in campi ad alta temperatura è particolarmente importante, come materiali isolanti ad alta temperatura o rivestimenti per forni di trattamento termico.
3. Stabilità chimica
Il feltro di grafite ha un'eccellente resistenza alla corrosione chimica e può rimanere stabile in ambienti acidi, alcalini o altri ambienti chimicamente corrosivi. Soprattutto in ambienti fortemente acidi come l'acido solforico e l'acido fluoridrico, la sua resistenza alla corrosione ne consente l'utilizzo in vari reattori chimici e serbatoi di stoccaggio.
4. Bassa densità e alta porosità Il feltro di grafite presenta solitamente una bassa densità e un'elevata porosità, il che lo rende molto leggero, e presenta anche buone proprietà di permeabilità ai gas e di adsorbimento. La struttura ad elevata porosità conferisce al feltro di grafite un'ampia superficie specifica, che favorisce il trasporto di elettroni e lo scambio di materiali nelle reazioni elettrochimiche.
5. Buone prestazioni di isolamento termico La struttura porosa del feltro di grafite gli conferisce un eccellente isolamento termico, soprattutto in ambienti ad alta temperatura; la sua bassa conduttività termica può ridurre efficacemente la conduzione del calore. Il feltro di grafite viene spesso utilizzato come materiale isolante per garantire il controllo del calore all'interno di apparecchiature o sistemi.
6. Flessibilità meccanica Sebbene la grafite sia un materiale fragile, la struttura del feltro di grafite offre una relativa flessibilità meccanica. Può essere lavorato in varie forme e dimensioni per adattarsi a diversi scenari applicativi. Allo stesso tempo, la sua flessibilità lo rende adatto anche all'uso in materiali compositi con altri materiali.
| Contenuto di carbonio |
% |
99 |
| Cenere |
% |
0,1 |
| Densità corporea |
g/cm³ |
0,1 |
| Area superficiale specifica |
m²/g |
2.648 |
| Tasso di caduta del feltro |
mg/ feltro per grammo |
1,95 |
| Tasso di ossidazione |
Perdita di peso/ora a 600 °C in aria |
0,6 |
| Porosità |
% |
95 |
| Resistenza del foglio |
Ω∙cm ² |
0,1 |
| Tolleranza di spessore |
mm |
±7,5% |
| Efficienza energetica |
Basato principalmente sul test delle prestazioni di una singola cella, 80 mA/cm ² |
87% |
| Efficienza di tensione |
80 mA/cm ² |
85% |
Principali applicazioni del feltro di grafite
1. Applicazioni elettrochimiche Il feltro di grafite è ampiamente utilizzato nel campo dell'elettrochimica, in particolare nelle celle a combustibile, nelle celle elettrolitiche, nei supercondensatori e in altri dispositivi: Elettrodi per celle a combustibile: nelle celle a combustibile a membrana a scambio protonico, il feltro di grafite può essere utilizzato come materiale per elettrodi. Grazie alla sua elevata conduttività e capacità di diffusione dei gas, può promuovere efficacemente la trasmissione e la reazione elettrochimica di idrogeno o ossigeno. Celle elettrolitiche: il feltro di grafite viene utilizzato come materiale catodico o anodico in alcune applicazioni elettrolitiche. La sua conduttività e stabilità chimica garantiscono l'elevata efficienza e la durata del processo elettrolitico. Supercondensatori: grazie alla sua ampia superficie specifica e alle sue proprietà conduttive, il feltro di grafite viene utilizzato anche come materiale per elettrodi nei supercondensatori per contribuire a un efficiente accumulo di energia.
2. Campo di trattamento termico ad alta temperatura Il feltro di grafite viene spesso utilizzato come materiale isolante termico nei forni ad alta temperatura grazie alla sua eccellente resistenza alle alte temperature e alle sue proprietà di isolamento termico: Rivestimento del forno ad alta temperatura: il feltro di grafite viene utilizzato come materiale isolante termico nei forni a vuoto o nei forni per trattamenti ad alta temperatura, dove può fornire un'efficace schermatura termica ad alte temperature per prevenire la perdita di calore. Forno per la crescita dei cristalli: nel processo di produzione di materiali ad alta purezza come il silicio monocristallino, il feltro di grafite viene spesso utilizzato come strato isolante per garantire il controllo della temperatura durante la crescita dei cristalli.
3. Anticorrosione e filtrazione La resistenza alla corrosione e l'ottima capacità di assorbimento del feltro di grafite lo rendono ampiamente utilizzato nei settori chimico e ambientale: Filtrazione di gas corrosivi: grazie alla sua resistenza chimica e all'elevata porosità, il feltro di grafite può filtrare e purificare gas o liquidi corrosivi, ad esempio per l'adsorbimento e la filtrazione di gas di acido solforico. Rivestimento di reattori chimici: il feltro di grafite può essere utilizzato come materiale di rivestimento per contenitori o reattori in alcuni ambienti altamente corrosivi per svolgere una funzione anticorrosiva e protettiva.
4. Aerospaziale Il feltro di grafite è ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale grazie alla sua leggerezza, all'elevata resistenza, alla resistenza alle alte temperature e all'isolamento termico. Viene utilizzato principalmente come strato di isolamento termico e materiale di protezione dalle alte temperature in motori a razzo, satelliti e veicoli spaziali.
5. Energia solare e accumulo di energia La conduttività termica ed elettrica del feltro di grafite lo rendono ampiamente utilizzato nei sistemi di accumulo e sfruttamento dell'energia solare termica. Ad esempio, il feltro di grafite può essere utilizzato come materiale assorbente per il calore nei collettori solari e come strato conduttivo nei dispositivi di accumulo di energia.
6. Campo di energia nucleare Il feltro di grafite viene utilizzato anche nei reattori nucleari come riflettore di neutroni termici e materiale isolante ad alta temperatura per garantire la stabilità e la sicurezza del funzionamento del reattore.
