Từ phế phẩm dầu mỏ đến vật liệu chiến lược

Than chì tổng hợp (Synthetic Graphite) không tồn tại sẵn trong tự nhiên mà là kết quả của một quy trình kỹ thuật nhiệt luyện vô cùng phức tạp. Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là than cốc dầu mỏ (Petroleum Coke) – một phụ phẩm của quá trình lọc dầu, hoặc hắc ín than đá. Qua chuỗi tác động nhiệt và áp suất, cấu trúc cacbon vô định hình sẽ được sắp xếp lại thành cấu trúc tinh thể lục giác đặc trưng của than chì.

Các giai đoạn chính trong quy trình sản xuất

1. Chuẩn bị nguyên liệu và Nghiền sàng

Nguyên liệu thô (than cốc) được nung nóng để loại bỏ các thành phần dễ bay hơi (quá trình Calcination). sau đó, chúng được nghiền thành bột mịn và phân loại theo kích thước hạt mục tiêu. Kích thước hạt ở giai đoạn này sẽ quyết định độ hạt của điện cực than chì thành phẩm.

2. Phối trộn và Tạo hình (Shaping)

Bột than cốc được trộn với chất kết dính (thường là nhựa hắc ín) ở nhiệt độ cao. Hỗn hợp sau đó được đưa vào máy ép đùn hoặc máy ép đẳng hướng để tạo thành các khối "than xanh" (green blocks) có hình dạng sơ bộ.

3. Quá trình Nung (Baking)

Các khối than xanh được đặt trong lò nung ở nhiệt độ khoảng $1000^\circ C$ trong môi trường không có oxy. Giai đoạn này giúp cacbon hóa chất kết dính, liên kết các hạt than cốc lại với nhau thành một khối rắn chắc nhưng vẫn còn độ xốp.

4. Tẩm (Impregnation) - Tùy chọn

Để tăng mật độ khối và độ bền, các khối than sau khi nung có thể được tẩm thêm nhựa nhựa hắc ín dưới áp suất cao, sau đó nung lại lần hai.

5. Graphite hóa (Graphitization) - Giai đoạn then chốt

Đây là bước quan trọng nhất. Các khối cacbon được đưa vào lò điện (lò Acheson hoặc lò LWG) và gia nhiệt lên tới $2500^\circ C$ đến $3000^\circ C$. Tại nhiệt độ cực cao này, các nguyên tử cacbon tự sắp xếp lại thành các lớp phẳng lục giác hoàn hảo. Đây là lúc vật liệu đạt được các đặc tính dẫn điện, dẫn nhiệt và chịu nhiệt của than chì.

6. Gia công và Kiểm định

Sản phẩm sau cùng được gia công cơ khí theo kích thước yêu cầu và kiểm tra các chỉ số kỹ thuật như điện trở suất, mật độ khối và độ bền uốn trước khi xuất xưởng.