O feltro de grafite é dividido em três tipos: feltro de grafite à base de asfalto, feltro de grafite à base de poliacrilonitrila (PAN) e feltro de grafite à base de viscose, devido aos diferentes tipos de feltro utilizados. Seu principal uso é como material de preservação de calor e isolamento para fornos de fundição de silício monocristalino. Na indústria química, pode ser usado como material filtrante para reagentes químicos corrosivos de alta pureza.
O feltro de carbono é tratado a uma temperatura superior a 2000 °C sob vácuo ou atmosfera inerte para se transformar em feltro de grafite. Seu teor de carbono é superior ao do feltro de carbono, chegando a mais de 99%. No final da década de 1960, produtos de feltro de grafite estavam disponíveis no mundo. O feltro de grafite é dividido em três tipos: à base de asfalto, à base de poliacrilonitrila e à base de viscose, devido aos diferentes tipos de feltro utilizados.
Entre eles, o asfalto, representado pela Kureha Chemical do Japão, é o principal na indústria de isolamento. Os feltros de isolamento europeus e americanos são basicamente à base de viscose, enquanto a maioria dos nacionais é à base de poliacrilonitrila. Processo: Corte o feltro de carbono à base de poliacrilonitrila ou feltro de carbono à base de viscose no tamanho necessário, enrole-o em um cilindro e coloque-o em um recipiente feito de material de grafite, coloque o recipiente de grafite em um forno de alta temperatura (o forno de alta temperatura é um forno de tubo de grafite, forno de indução de média frequência, alta frequência ou outro forno de alta temperatura com forma de aquecimento) e use proteção a vácuo ou gás inerte de alta pureza para aquecê-lo a 2200-2500 ℃ a uma taxa de aquecimento de 100-300 ℃/h e, em seguida, resfrie-o naturalmente a 100 ℃.
O feltro de grafite à base de poliacrilonitrila é mais resistente e possui maior capacidade antioxidante do que o feltro de grafite à base de viscose, mas apresenta baixa flexibilidade, alta densidade volumétrica e bom desempenho de isolamento térmico. Além da alta pureza, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e características de não derretimento do grafite em bloco, ele também apresenta as vantagens de elasticidade, dobramento arbitrário, corte e costura com fios de grafite. O principal uso do feltro de grafite é como material de isolamento térmico para fornos de fundição de silício monocristalino. Na indústria química, pode ser usado como material filtrante para reagentes químicos corrosivos de alta pureza. O feltro de grafite pode ser usado a uma temperatura de cerca de 3000 °C em condições de atmosfera não oxidante.
Principais propriedades do feltro de grafite
1. Condutividade
A condutividade do feltro de grafite advém de sua microestrutura composta por fibras de grafite, sendo o próprio grafite um excelente material condutor. O feltro de grafite pode conduzir corrente em condições de baixa resistência, por isso é muito popular em aplicações eletroquímicas.
2. Resistência a altas temperaturas
O feltro de grafite possui excelente resistência a altas temperaturas e geralmente é estável em ambientes com temperaturas acima de 2000 °C. Em ambientes de vácuo ou gás inerte, sua resistência à oxidação é ainda maior. Portanto, a aplicação do feltro de grafite em campos de alta temperatura é particularmente importante, como materiais de isolamento térmico ou revestimentos de fornos de tratamento térmico.
3. Estabilidade química
O feltro de grafite possui excelente resistência à corrosão química e pode permanecer estável em ambientes ácidos, alcalinos ou outros ambientes quimicamente corrosivos. Especialmente em ambientes fortemente ácidos, como ácido sulfúrico e ácido fluorídrico, sua resistência à corrosão permite que seja utilizado em diversos reatores químicos e tanques de armazenamento.
4. Baixa densidade e alta porosidade O feltro de grafite geralmente possui baixa densidade e alta porosidade, o que o torna muito leve, além de possuir boa permeabilidade a gases e propriedades de adsorção. A estrutura de alta porosidade confere ao feltro de grafite uma grande área superficial específica, o que facilita o transporte de elétrons e a troca de materiais em reações eletroquímicas.
5. Bom desempenho de isolamento térmico A estrutura porosa do feltro de grafite confere-lhe um excelente efeito de isolamento térmico, especialmente em ambientes de alta temperatura. Sua baixa condutividade térmica pode reduzir eficazmente a condução de calor. O feltro de grafite é frequentemente utilizado como material isolante para garantir o controle do calor em equipamentos ou sistemas.
6. Flexibilidade mecânica Embora o grafite seja um material quebradiço, a estrutura do feltro de grafite proporciona relativa flexibilidade mecânica. Ele pode ser processado em diversos formatos e tamanhos para se adaptar a diferentes cenários de aplicação. Ao mesmo tempo, sua flexibilidade também o torna adequado para uso em compósitos com outros materiais.
| Conteúdo de carbono |
% |
99 |
| Cinzas |
% |
0,1 |
| Densidade corporal |
g/cm³ |
0,1 |
| Área de superfície específica |
m²/g |
2.648 |
| Taxa de queda de feltro |
mg/ feltro por grama |
1,95 |
| Taxa de oxidação |
Perda de peso/hora a 600 °C no ar |
0,6 |
| Porosidade |
% |
95 |
| Resistência da folha |
Ω∙cm ² |
0,1 |
| Tolerância de espessura |
milímetros |
±7,5% |
| Eficiência energética |
Baseado principalmente no teste de desempenho de célula única, 80mA/cm ² |
87% |
| Eficiência de tensão |
80mA/cm ² |
85% |
Principais aplicações do feltro de grafite
1. Aplicações eletroquímicas O feltro de grafite é amplamente utilizado na área de eletroquímica, especialmente em células de combustível, células eletrolíticas, supercapacitores e outros dispositivos. Eletrodos de células de combustível: Em células de combustível com membrana de troca de prótons, o feltro de grafite pode ser usado como material de eletrodo. Devido à sua alta condutividade e capacidade de difusão de gás, ele pode efetivamente promover a transmissão e a reação eletroquímica de hidrogênio ou oxigênio. Células eletrolíticas: O feltro de grafite é usado como material de cátodo ou ânodo em algumas aplicações eletrolíticas. Sua condutividade e estabilidade química garantem a alta eficiência e durabilidade do processo eletrolítico. Supercapacitores: Devido à sua grande área de superfície específica e propriedades condutivas, o feltro de grafite também é usado como material de eletrodo para supercapacitores para ajudar a alcançar o armazenamento eficiente de energia.
2. Campo de tratamento térmico de alta temperatura O feltro de grafite é frequentemente utilizado como material de isolamento térmico em fornos de alta temperatura devido à sua excelente resistência a altas temperaturas e propriedades de isolamento térmico. Revestimento de fornos de alta temperatura: O feltro de grafite é utilizado como material de isolamento térmico em fornos a vácuo ou fornos de tratamento de alta temperatura, proporcionando uma blindagem térmica eficaz em altas temperaturas para evitar a perda de calor. Forno de crescimento de cristais: No processo de produção de materiais de alta pureza, como o silício monocristalino, o feltro de grafite é frequentemente utilizado como camada isolante para garantir o controle da temperatura durante o crescimento de cristais.
3. Anticorrosão e filtragem A resistência à corrosão e a boa adsorção do feltro de grafite o tornam amplamente utilizado nas áreas química e ambiental: Filtragem de gases corrosivos: Devido à sua resistência química e alta porosidade, o feltro de grafite pode filtrar e purificar gases ou líquidos corrosivos, como na adsorção e filtragem de gás de ácido sulfúrico. Revestimento de reatores químicos: O feltro de grafite pode ser usado como material de revestimento para recipientes ou reatores em alguns ambientes altamente corrosivos, desempenhando um papel anticorrosivo e protetor.
4. Aeroespacial O feltro de grafite é amplamente utilizado na indústria aeroespacial devido à sua leveza, alta resistência, alta resistência à temperatura e isolamento térmico. É usado principalmente como camada de isolamento térmico e material de proteção contra altas temperaturas em motores de foguetes, satélites e naves espaciais.
5. Energia solar e armazenamento de energia A condutividade térmica e elétrica do feltro de grafite o torna amplamente utilizado em sistemas de aproveitamento solar térmico e armazenamento de energia. Por exemplo, o feltro de grafite pode ser usado como material absorvente de calor em coletores solares e também como camada condutora em dispositivos de armazenamento de energia.
6. Campo de energia nuclear O feltro de grafite também é usado em reatores nucleares como um refletor de nêutrons térmicos e material de isolamento de alta temperatura para garantir a estabilidade e a segurança da operação do reator.
