3. Nội dung chính của đồ án:
6.4 Quy trình chế tạo vật liệu Graphit
Hình 6.3:Hình ảnh vật liệu Graphit.
Nguyên liệu cacbon và graphit đƣợc sản xuất theo quy trình dựa trên công nghệ gốm sứ thông thƣờng. Nguyên liệu thô nhƣ than cốc dầu mỏ, cacbon đen hoặc các vật liệu graphit có sự phân bố kích thƣớc hạt xác định đƣợc trộn lẫn với nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ cao. Than nhựa đƣờng hoặc dầu mỏ cũng nhƣ các loại nhựa tổng hợp đƣợc sử dụng đóng vai trò làm chất kết dính. Khoáng sản đƣợc sử dụng liên tục trong lò nung áp đặt mức nhiệt khác nhau, nhiệt độ tối đa (lên đến 1200°C/2190°F). Trong thời gian nung, các chất kết dính đƣợc phân hủy thành các thành phần dễ bay hơi và carbon. Quá trình này đƣợc gọi là nhiệt phân. Kết quả là chất kết dính đảm bảo tính toàn vẹn của các khối đúc và nung.
Sau khi nung, những khoảng trống chƣa có cấu trúc graphitic hoàn chỉnh. Chúng giòn và nói chung sức bền cơ học cao và cứng. Ở giai đoạn này, vật liệu đƣợc gọi là carbon/graphite hoặc "carbon cứng". Chúng thích hợp cho các ứng dụng cơ khí nhất định, chẳng hạn nhƣ vòng đệm trƣợt và vòng bi. Chất phụ gia hoặc bột kim loại có thể đƣợc sử dụng để đạt đƣợc các tính chất vật liệu đặc biệt. Ví dụ, bột đồng thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất bàn chải cacbon ứng dụng trong động cơ điện áp thấp. Do đó vật liệu graphite đƣợc đóng gói giữa hai điện cực và kết nối nhƣ là một điện trở trong mạch thứ cấp của máy biến áp.
Nhƣ vậy, nhiệt độ graphit đạt đƣợc bằng cách nung nóng điện trở. Trong quá trình này, kết tinh lại xảy ra, cong vênh trong khu vực graphitic lớn hơn, sự định hƣớng ở một mức độ cao hơn. Các đặc tính vật liệu của những khoảng trống graphit đƣợc xác định bởi các thuộc tính cấu trúc của các khu vực graphit. Carbon graphit đƣợc gọi là điện cực graphit. Vật liệu điện cực graphit thƣờng có tính trƣợt tuyệt vời, điện trở thấp, dẫn nhiệt cao và cải thiện đƣợc tính chống ăn mòn. Chúng đƣợc sử dụng cho các ứng dụng cần nâng cao tính trƣợt, độ bền cao cho đến sự ăn mòn hóa học và tuần hoàn nhiệt cũng nhƣ độ tinh khiết cao đƣợc yêu cầu…
Dựa vào sơ đồ quy trình có thể tóm tắt nhƣ sau: các chất rắn đƣợc đƣa tới các thiết bị sơ chế nhƣ máy đập vỡ, sau đó đƣợc xay nhỏ và đƣa sang máy sàng để phân ra các cỡ hạt
96
nhất định. Lúc này, tùy theo loại graphit đƣợc chế tạo, ngƣời ta sẽ trộn một hỗn hợp từ các loại chất rắn khác nhau và thêm vào các chất kết dính. Chất kết dính là nhựa đƣờng và nhựa tổng hợp, nó có tác dụng kết dính vật liệu. Hỗn hợp này sẽ quyết định các tính chất sau này của graphit. Mặc dù các vật liệu cơ bản giống nhau, nhƣng do tỷ lệ % của chúng thay đổi nên ngƣời ta nhận đƣợc các chất lƣợng graphit khác nhau theo tỷ lệ phần trăm.
Sau đó, khối lƣợng đã xay này đƣợc đƣa tới một máy làm đồng nhất có nhiệm vụ trộn đều các thành phần riêng với nhau, nhờ đó sẽ xuất hiện một cấu trúc đồng nhất.
Cấu trúc đã đƣợc đồng nhất này đƣợc ép trên máy ép khuôn hoặc máy ép đẳng tĩnh dƣới một áp lực khoảng 2000bar, tạo ra các phôi đã ép tạo hình sơ bộ.
97
Một loại khác, cũng là sơ phẩm graphit, đƣợc đùn qua các máy đùn để tạo các thành phôi graphit có 4 cạnh vuông hoặc hình chữ nhật. Ở đây một hỗn hợp dẻo nóng đƣợc đùn ra từ một máy trộn nóng. Qua kỹ thuật đùn này sẽ quyết định phần nào các tính chất quan trọng của sản phẩm sau này.
Graphit sau khi đƣợc tạo hình, graphit đƣợc nung sơ bộ ở 100oC, sau đó hóa cốc các chất liên kết. Thông qua sự bốc hơi của chất liên kết trong quá trình nung, xuất hiện các thể tích rỗng trong vật thể bằng cacbon này. Thông qua việc thẩm thấu nhựa đƣờng, các lỗ hỗng này biến mất. Ở pha hai của sự gia công nhiệt, sản phẩm cacbon này đƣợc graphit hóa trong một quá trình nhiệt độ cao khoảng 2800oC. Sau quá trình này thực sự mới đạt đƣợc các tính chất quan trọng của graphit. Sau quá trình này thực sự mới đạt đƣợc các tính chất quan trọng của graphit. Cũng ở vùng nhiệt này xảy ra sự thay đổi kết tinh và nhờ đó thay đổi trật tự cấu trúc graphit. Lúc này kết quả nhận đƣợc vật liệu điện cực graphit có tính trƣợt tuyệt vời, điện trở thấp, dẫn nhiệt cao và cải thiện đƣợc tính chống ăn mòn.