El fieltro de grafito se divide en tres tipos: fieltro de grafito a base de asfalto, fieltro de grafito a base de poliacrilonitrilo (PAN) y fieltro de grafito a base de viscosa, debido a las diferentes materias primas utilizadas. Su principal uso es como material de conservación del calor y aislamiento para hornos de fundición de silicio monocristalino. En la industria química, se puede utilizar como material de filtro para reactivos químicos corrosivos de alta pureza.
El fieltro de carbono se trata a una temperatura superior a 2000 °C al vacío o en atmósfera inerte para obtener fieltro de grafito. Su contenido de carbono es superior al del fieltro de carbono, alcanzando más del 99 %. A finales de la década de 1960, los productos de fieltro de grafito ya estaban disponibles en todo el mundo. El fieltro de grafito se divide en tres tipos: a base de asfalto, a base de poliacrilonitrilo y a base de viscosa, debido a las diferentes materias primas utilizadas.
Entre ellos, el asfalto, representado por la japonesa Kureha Chemical, es el principal material en la industria del aislamiento. Los fieltros aislantes europeos y estadounidenses se basan principalmente en viscosa, mientras que la mayoría de los nacionales se basan en poliacrilonitrilo. Proceso: Corte el fieltro de carbono a base de poliacrilonitrilo o viscosa al tamaño requerido, enróllelo en un cilindro y colóquelo en un recipiente de grafito. Coloque el recipiente de grafito en un horno de alta temperatura (el horno de alta temperatura es un horno de tubo de grafito, un horno de inducción de media y alta frecuencia u otro horno de alta temperatura con forma de calentamiento), y utilice protección de vacío o gas inerte de alta pureza para calentarlo a 2200-2500 ℃ a una velocidad de calentamiento de 100-300 ℃/h, y luego enfríelo naturalmente a 100 ℃.
El fieltro de grafito a base de poliacrilonitrilo es más resistente y posee mayor capacidad antioxidante que el fieltro de grafito a base de viscosa, pero presenta menor flexibilidad, alta densidad de volumen y buen aislamiento térmico. Además de su alta pureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y resistencia a la fusión, el grafito en bloque también ofrece ventajas como elasticidad, plegamiento arbitrario, corte y costura con hilo de grafito. Su principal uso es como material de aislamiento térmico para hornos de fundición de silicio monocristalino. En la industria química, se puede utilizar como material de filtro para reactivos químicos corrosivos de alta pureza. El fieltro de grafito puede utilizarse a una temperatura aproximada de 3000 °C en atmósfera no oxidante.
Propiedades principales del fieltro de grafito
1. Conductividad
La conductividad del fieltro de grafito se debe a su microestructura, compuesta por fibras de grafito, y el grafito en sí mismo es un excelente material conductor. El fieltro de grafito puede conducir corriente en condiciones de baja resistencia, por lo que es muy popular en aplicaciones electroquímicas.
2. Resistencia a altas temperaturas
El fieltro de grafito posee una excelente resistencia a altas temperaturas y suele ser estable en entornos de altas temperaturas superiores a 2000 °C. En entornos de vacío o gas inerte, su temperatura de resistencia a la oxidación es aún mayor. Por lo tanto, su aplicación en entornos de altas temperaturas es particularmente importante, como en materiales de aislamiento de alta temperatura o revestimientos de hornos de tratamiento térmico.
3. Estabilidad química
El fieltro de grafito posee una excelente resistencia a la corrosión química y se mantiene estable en ambientes ácidos, alcalinos u otros entornos químicamente corrosivos. Especialmente en entornos fuertemente ácidos, como el ácido sulfúrico y el ácido fluorhídrico, su resistencia a la corrosión permite su uso en diversos reactores químicos y tanques de almacenamiento.
4. Baja densidad y alta porosidad. El fieltro de grafito suele presentar baja densidad y alta porosidad, lo que lo hace muy ligero y, además, posee buenas propiedades de permeabilidad a los gases y adsorción. Su alta porosidad le confiere una gran superficie específica, lo que facilita el transporte de electrones y el intercambio de materiales en las reacciones electroquímicas.
5. Buen rendimiento de aislamiento térmico. La estructura porosa del fieltro de grafito le confiere un excelente efecto de aislamiento térmico, especialmente en entornos de alta temperatura. Su baja conductividad térmica puede reducir eficazmente la conducción del calor. El fieltro de grafito se utiliza a menudo como material aislante para garantizar el control del calor en equipos o sistemas.
6. Flexibilidad mecánica Aunque el grafito es un material frágil, su estructura de fieltro le proporciona una relativa flexibilidad mecánica. Puede procesarse en diversas formas y tamaños para adaptarse a diferentes aplicaciones. Además, su flexibilidad lo hace apto para su uso en compuestos con otros materiales.
| Contenido de carbono |
% |
99 |
| Ceniza |
% |
0.1 |
| Densidad corporal |
g/cm³ |
0.1 |
| Área de superficie específica |
m²/g |
2.648 |
| Tasa de desprendimiento de fieltro |
mg/fieltro por gramo |
1,95 |
| tasa de oxidación |
Pérdida de peso/hora a 600 °C en el aire |
0.6 |
| Porosidad |
% |
95 |
| Resistencia laminar |
Ω∙cm ² |
0.1 |
| Tolerancia de espesor |
mm |
±7,5% |
| Eficiencia energética |
Basado principalmente en la prueba de rendimiento de una sola celda, 80 mA/cm ² |
87% |
| Eficiencia de voltaje |
80 mA/cm ² |
85% |
Principales aplicaciones del fieltro de grafito
1. Aplicaciones electroquímicas El fieltro de grafito se usa ampliamente en el campo de la electroquímica, especialmente en celdas de combustible, celdas electrolíticas, supercondensadores y otros dispositivos: Electrodos de celdas de combustible: En celdas de combustible de membrana de intercambio de protones, el fieltro de grafito se puede usar como material de electrodo. Debido a su alta conductividad y capacidad de difusión de gases, puede promover eficazmente la transmisión y la reacción electroquímica del hidrógeno u oxígeno. Celdas electrolíticas: El fieltro de grafito se usa como material de cátodo o ánodo en algunas aplicaciones electrolíticas. Su conductividad y estabilidad química aseguran la alta eficiencia y durabilidad del proceso electrolítico. Supercondensadores: Debido a su gran área de superficie específica y propiedades conductoras, el fieltro de grafito también se usa como material de electrodo para supercondensadores para ayudar a lograr un almacenamiento de energía eficiente.
2. Campo de tratamiento térmico de alta temperatura El fieltro de grafito se utiliza a menudo como material de aislamiento térmico en hornos de alta temperatura debido a su excelente resistencia a altas temperaturas y propiedades de aislamiento térmico. Revestimiento de hornos de alta temperatura: El fieltro de grafito se utiliza como material de aislamiento térmico en hornos de vacío o de tratamiento a alta temperatura, lo que proporciona un blindaje térmico eficaz a altas temperaturas para evitar la pérdida de calor. Horno de crecimiento de cristales: En el proceso de producción de materiales de alta pureza, como el silicio monocristalino, el fieltro de grafito se utiliza a menudo como capa aislante para garantizar el control de la temperatura durante el crecimiento de los cristales.
3. Anticorrosión y filtración La resistencia a la corrosión y la buena adsorción del fieltro de grafito lo hacen ampliamente utilizado en los sectores químico y ambiental: Filtración de gases corrosivos: Gracias a su resistencia química y alta porosidad, el fieltro de grafito puede filtrar y purificar gases o líquidos corrosivos, como por ejemplo, para la adsorción y filtración de ácido sulfúrico. Revestimiento de reactores químicos: El fieltro de grafito se puede utilizar como material de revestimiento para contenedores o reactores en entornos altamente corrosivos, desempeñando una función anticorrosiva y protectora.
4. Aeroespacial El fieltro de grafito se utiliza ampliamente en el sector aeroespacial gracias a su ligereza, alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y aislamiento térmico. Se emplea principalmente como capa de aislamiento térmico y material de protección contra altas temperaturas en motores de cohetes, satélites y naves espaciales.
5. Energía solar y almacenamiento de energía La conductividad térmica y eléctrica del fieltro de grafito lo hacen ampliamente utilizado en sistemas de aprovechamiento de energía solar térmica y almacenamiento de energía. Por ejemplo, el fieltro de grafito puede emplearse como material absorbente de calor en colectores solares y también como capa conductora en dispositivos de almacenamiento de energía.
6. Campo de la energía nuclear El fieltro de grafito también se utiliza en reactores nucleares como reflector de neutrones térmicos y material de aislamiento de alta temperatura para garantizar la estabilidad y seguridad del funcionamiento del reactor.
