บทนำและการประยุกต์ใช้กราไฟต์สังเคราะห์

กราไฟต์สังเคราะห์เป็นผลึกหลายเหลี่ยมคล้ายกับผลึกศาสตร์ มีกราไฟต์สังเคราะห์หลายชนิดและกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน
โดยทั่วไปแล้ว วัสดุกราไฟต์ทั้งหมดที่ได้จากการเผาไหม้สารอินทรีย์และการเกิดกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูง สามารถเรียกรวมกันว่ากราไฟต์สังเคราะห์ได้ เช่น เส้นใยคาร์บอน (กราไฟต์) คาร์บอนไพโรไลติก (กราไฟต์) โฟมกราไฟต์ เป็นต้น

ในความหมายแคบๆ กราไฟต์สังเคราะห์มักหมายถึงวัสดุแข็งที่เป็นก้อน เช่น กราไฟต์อิเล็กโทรด กราไฟต์ไอโซสแตติก ซึ่งผลิตโดยการผสม การขึ้นรูป การเผาไหม้ (หรือที่รู้จักในอุตสาหกรรมว่าการคั่ว) และการทำให้เป็นกราไฟต์ โดยใช้วัตถุดิบถ่านที่มีสิ่งเจือปนต่ำ (เช่น ปิโตรเลียมโค้ก แอสฟัลต์โค้ก เป็นต้น) เป็นมวลรวม และน้ำมันดินจากถ่านหินเป็นสารยึดเกาะ
กราไฟต์สังเคราะห์มีหลายรูปแบบ ได้แก่ ผง เส้นใย และก้อน แต่ในความหมายแคบๆ กราไฟต์สังเคราะห์มักหมายถึงก้อน ซึ่งต้องผ่านกระบวนการแปรรูปให้เป็นรูปทรงที่ต้องการก่อนใช้งาน อาจกล่าวได้ว่าเป็นวัสดุหลายเฟส ซึ่งรวมถึงเฟสกราไฟต์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคคาร์บอน เช่น ปิโตรเลียมโค้กหรือแอสฟัลต์โค้ก เฟสกราไฟต์ที่เกิดจากสารยึดเกาะถ่านหินเคลือบอยู่รอบอนุภาค การสะสมของอนุภาค หรือรูพรุนที่เกิดจากสารยึดเกาะถ่านหินหลังการอบด้วยความร้อน เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิการอบด้วยความร้อนที่สูงขึ้นจะทำให้ระดับการเกิดกราไฟต์สูงขึ้น กราไฟต์สังเคราะห์ที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรมมักมีระดับการเกิดกราไฟต์ต่ำกว่า 90%

เมื่อเปรียบเทียบกับกราไฟต์ธรรมชาติ กราไฟต์สังเคราะห์มีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนและการนำไฟฟ้าต่ำ มีคุณสมบัติในการหล่อลื่นและความยืดหยุ่นต่ำ แต่กราไฟต์สังเคราะห์ก็มีคุณสมบัติในการทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน และมีการซึมผ่านต่ำกว่ากราไฟต์ธรรมชาติ

วัตถุดิบหลักในการผลิตกราไฟต์สังเคราะห์ ได้แก่ ปิโตรเลียมโค้ก นีดเดิลโค้ก แอสฟัลต์โค้ก ถ่านหินพิทช์ ไมโครสเฟียร์คาร์บอน เป็นต้น ผลิตภัณฑ์ปลายน้ำหลัก ได้แก่ กราไฟต์อิเล็กโทรด แอโนดอบก่อน กราไฟต์ไอโซสแตติก กราไฟต์ความบริสุทธิ์สูง กราไฟต์นิวเคลียร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และอื่นๆ

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์กราไฟต์สังเคราะห์นั้นสะท้อนให้เห็นได้ในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. อิเล็กโทรดกราไฟต์: อิเล็กโทรดกราไฟต์ผลิตโดยใช้ปิโตรเลียมโค้กและนีเดิลโค้กเป็นวัตถุดิบ และถ่านหินพิทช์เป็นสารยึดเกาะ โดยผ่านกระบวนการเผา การผสม การอัด การคั่ว การทำให้เป็นกราไฟต์ และการกลึง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเตาไฟฟ้าสำหรับผลิตเหล็ก ซิลิคอนอุตสาหกรรม ฟอสฟอรัสเหลือง และอุปกรณ์อื่นๆ โดยการปล่อยพลังงานไฟฟ้าในรูปของประกายไฟเพื่อให้ความร้อนและหลอมวัสดุ

2. แอโนดอบก่อน: ผลิตจากปิโตรเลียมโค้กเป็นวัตถุดิบและถ่านหินพิทช์เป็นสารยึดเกาะ โดยผ่านกระบวนการเผา การผสม การอัด การคั่ว การชุบ การกราไฟต์ และการกลึง โดยทั่วไปใช้เป็นแอโนดนำไฟฟ้าของอุปกรณ์อะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์

3. ตลับลูกปืน, แหวนซีล: อุปกรณ์ลำเลียงสารกัดกร่อนนิยมใช้กราไฟต์สังเคราะห์ในการผลิตแหวนลูกสูบ แหวนซีล และตลับลูกปืน ซึ่งสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องเติมน้ำมันหล่อลื่น

4. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและตัวกรอง: กราไฟต์สังเคราะห์มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อน นำความร้อนได้ดี และซึมผ่านได้ต่ำ จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ถังปฏิกิริยา เครื่องดูดซับ ตัวกรอง และอุปกรณ์อื่นๆ

5. กราไฟต์ชนิดพิเศษ: ผลิตจากปิโตรเลียมโค้กคุณภาพสูงเป็นวัตถุดิบ ใช้ถ่านหินหรือเรซินสังเคราะห์เป็นสารยึดเกาะ ผ่านกระบวนการเตรียมวัตถุดิบ การผสม การนวด การอัด การบด การผสม การนวด การขึ้นรูป การเผาหลายครั้ง การแทรกซึมหลายครั้ง การทำให้บริสุทธิ์ และการกราไฟต์ การกลึง และการผลิต โดยทั่วไปได้แก่ กราไฟต์ไอโซสแตติก กราไฟต์นิวเคลียร์ และกราไฟต์ความบริสุทธิ์สูง ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ และนิวเคลียร์