تصنيع الغرافيت :

ينتج الغرافيت المصنع من كوك المعوجات أو كوك البترول وفقاً لمخط الإنتاج في الصورة 1-1 . والتفاعل أساسي من أجل هذا التغيير التآصلي

يمكن اختصار الطريقة التي يتضمنها استغلال هذه التفاعلات تجارياً ، كما هو في الصورة 1-1 ، من أجل الإلكترودات والمواد الغرافيتية الأخرى كما يلي :

- يتم اختيار الكوك (كوك البترول أو الفحم) وينقل الى مصنع الغرافيت .

- تكلس المادة الكربونية (1250 مئوية) بغية تطاير الشوائب الطيارة .

- تحلل المواد المتكلسة بدقة .

- تسخن المواد المتكلسة ، وتنخل ، وتوزن ، وتمزج بمادة رابطة ، وتشكل بالصب في قوالب أو تبثق الى الكترودات خضراء ، وترتب في الفرن .

- تشوى الألكترودات الخضراء الى 900 مئوية لكربنة مادة الربط وتأمين ألكترودات لا متبلورة .

- تغرفت graphitize الإلكترودات واللامتبلورة في فرن كهربائي بحرارة عالية (2700 مئوية) .

- ينقل الغرافيت وفقاً للطلبات الصناعية ، وتحسن النفاية .

يتألف الفرن المستخدم في تصنيع الغرافيت أساساً من لب الكوك الذي يغرفت ويحاط بطبقة ثقيلة من الرمل ، والكوك ، ونشارة الخشب كمادة عازلة .

تبنى أرضية الفرن واطرافه بصورة رئيسية من الإسمنت ، مع أنابيب ملتفة للتبريد عند الأطراف لتخفيف درجة حرارة الألكترودات عند تماسها مع الهواء ، ولحمايتها من الاحتراق . تفكك الجدران الجانبية ، التي تبنى من الكتل والألواح السائبة ، بعد كل شوط . يتراوح متوسط الشحنة من 23000-90000 كغ من المادة . إن مقاومة الشحنة تتحمل ارتفاع درجة الحرارة الى 3000 مئوية . وعندما يتغرفت الكوك ، يهبط الفولتاج (الجهد الكهربائي) من 200 الى 40 فولطاً بسبب انخفاض المقاومة . يسبب ارتفاع درجة الحرارة تطاير معظم الشوائب المعدنية . تتألف الدورة الكاملة للفرن يوماً للتحميل ، 4-5 يوماً التزويد بالطاقة ، حوالي 14 يوماً التبريد ، يومان للتفريغ . وهكذا تستغرق الدورة بين الشحنة والشحنة 22 يوماً.

بعد التبريد ، يفكك الفرن ويزال الكربون المغرفت . يستخدم العزل بالرمل ، والكوك ، وأي تلويث بكربيد السليكون مرة أخرى .

الصورة 8-7 مخطط إنتاج تصنيع إلكترودات ومساحيق الغرافيت الصناعي .

نحتاج لصنع 1 طناً من الغرافيت النهائي الى المواد التالية : مادة ربط (قار) 252 كغ ، كوك 1.5 طناً ، كهرباء 24000-40000 MJ . ويستخدم أيضاً في هذه الأيام التيار المستمر ، وتقوم شركة واحدة على الأقل بإجراء الغرفتة في فرن غرفتة ذي صفين بالتيار المتعاكس . يضفي الصف المقابل بعد الغرفته ، حرارته على الكربون الداخل الذي سيغرفت . ولتشغيل هذا الفرن ، يجب أن تكون كل الكتل التي ستغرفت من الحجم نفسه تقريباً .

وفي تصنيع إلكترودات الكربون اللابلورية ، يسحن كوك البترول أو فحم الأنثراسيت الذي سيستخدم ويمزج حاراً برابط للإلكترودات . وبعدئذٍ تشوى هذه الألكترودات الخضراء عند درجة حرارة تقارب 950 مئوية في فرن يعمل بالغاز أو الكهرباء . وبعد تبريدها ونقلها من الفرن ، تقلب وتحول الى خيوط بواسطة مخرطة بالطريقة نفسها التي تستخدم مع إلكترودات الغرافيت . وهناك طريقة مماثلة لصنع الفراجين للمحركات ، يشكل فيها الكربون الى صفائح صغيرة ، وتقص في الشكل الضروري لصنع الفراجين .

تمتلك الألكترودات الغرافيتية مقاومة كهربائية أقل من الكترودات الكربون اللامتبلور ، وبالتالي يمكنها أن تنقل في المقطع العرضي تياراً كهربائياً أكبر ، بكلفة أعلى .

الصورة 2-1 مخطط إنتاج الكترودات الكربون اللامتبلر

يتم إنتاج الغرافيت الحراري pyrolytic بتكسير الهيدروكربونات حرارياً كالميثان ، والبروبان ، والأسيتيلين عند ضغوط منخفضة أو بالتخفيف بغاز ناقل خامل . يمكن تشكيل الأشكال البنيانية أو الألواح المسطحة حتى ثخانة 2 سم تقريباً بتمرير الغاز فوق الشياق mandrel المسخن للشكل المرغوب . تغطى الجزيئات الصغيرة ، أي جزيئات الوقود النووي ، في سرير معجج مسخن يستخدم فيه مزيج من الهيدروكربون والغاز الناقل الخامل لتعجيج السرير . يمكن تغيير بنية الغرافيت كثيراً ، ومن ثم خواصه ، مع تغيير ظروف التشغيل .

تصنع ألياف الكربون بالتحلل الحراري لطليعة الألياف العضوية ، مثل الرايون ، أوالبولي أكريلونتريل ، أو الزفت . تحمل الالياف التي تتكربن عند درجة حرارة 1300-1600 مئوية معاملاً نموذجي (modulus) لـ 230 GPa (33 million psi) ومقاومة شد من GPa 2.1 – 2.8 (300-400000 psi) . وتزيد الغرفتة الى 2800 مئوية المودول module بعامل 2 أو 3 ، وقد تزداد المتانة أو تنقص اعتماداً على نموذج الليف .