Tổng quan về cấu trúc thù hình của Carbon

Than chì (Graphite) là một dạng thù hình của carbon với cấu trúc tinh thể lục giác đặc trưng, mang lại độ bền thuộc hàng cao nhất trong tự nhiên cùng các đặc tính vật lý độc nhất. Trong công nghiệp, chất lượng của graphite được quyết định bởi mức độ graphite hóa, cấu trúc nội tại và hàm lượng tạp chất (thường không quá 10ppm ở những loại tốt nhất).

1. Phân loại các loại Than chì phổ biến

• Than chì tự nhiên (Natural Graphite): Kết quả của quá trình biến chất địa chất kéo dài. Tồn tại dưới dạng vô định hình (than chì đen) hoặc dạng vảy (than chì bạc) với cấu trúc vảy đặc trưng.

• Than chì Acheson (Synthetic Graphite): Được sản xuất công nghiệp từ than cốc dầu mỏ hoặc than đá. Nguyên liệu được nghiền, tạo hình, nung kết và graphite hóa ở nhiệt độ trên 2500 C.

• Than chì giãn nở (Expanded Graphite): Vật liệu mềm và linh hoạt được tạo ra bằng cách tách các lớp tinh thể graphite. Loại này có khả năng đàn hồi tương tự chất dẻo nhưng vẫn giữ được khả năng chịu nhiệt cực cao của graphite.

2. Các đặc tính kỹ thuật ưu việt

• Độ bền cơ học tăng theo nhiệt độ: Khác với hầu hết các vật liệu khác, độ bền của graphite tăng dần khi nhiệt độ tăng và có thể gấp đôi giá trị ở mức 2400C.

• Tính dẫn nhiệt và dẫn điện: Graphite là chất dẫn điện ở nhiệt độ cao duy nhất được sử dụng phổ biến (ngoài vonfram và molypden). Độ dẫn điện tăng mạnh trong khoảng 400 - 600C, rất quan trọng cho các điện cực lò hồ quang công suất siêu cao.

• Tính tự bôi trơn: Cấu trúc dạng vảy cho phép các lớp nguyên tử trượt lên nhau, tạo ra màng bôi trơn mỏng ngay cả khi các loại mỡ bôi trơn khác đã khô hoặc bay hơi ở nhiệt độ cao.

• Khả năng chịu sốc nhiệt: Sự kết hợp giữa độ dẫn nhiệt tốt và hệ số giãn nở nhiệt thấp giúp graphite không bị nứt vỡ khi nhiệt độ thay đổi đột ngột.

3. Ứng dụng trọng yếu trong các ngành công nghiệp

• Ngành đúc và Vật liệu chịu lửa: Than chì vảy được dùng làm lớp phủ khuôn đúc, nồi nấu kim loại và gạch chịu lửa nhờ khả năng chống bám dính kim loại nóng chảy.

• Lớp phủ chống tĩnh điện và Chống cháy: Do tính dẫn điện tốt, nó được dùng trong các lớp phủ chống cháy nổ. Than chì giãn nở (EG) còn được dùng làm chất chống cháy trong nhựa và vật liệu cách nhiệt.

• Hệ thống phanh và Ma sát: Than chì mịn giúp tăng dẫn nhiệt và khả năng chống mài mòn cho má phanh ô tô.

• Làm kín kỹ thuật: Than chì giãn nở dạng lá (Foil) được dùng cho các vòng đệm làm kín dưới áp suất lên đến 1000 bar và nhiệt độ trên 2000 C trong ngành năng lượng.