مجال تطبيق الجرافيت

يُعدّ الجرافيت معدنًا شائعًا من معادن الكربون، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بحياتنا اليومية، حيث يستخدمه عامة الناس في أقلام الرصاص وبطاريات الليثيوم أيون وغيرها. ومع ذلك، للجرافيت استخدامات مهمة في الصناعات العسكرية، والمواد المقاومة للحرارة، والصناعات المعدنية، والصناعات الكيميائية، وغيرها.

يتمتع الجرافيت بخصائص معدنية وغير معدنية: فالجرافيت كموصل جيد للكهرباء الحرارية يعكس الخصائص المعدنية؛ أما الخصائص غير المعدنية فهي مقاومة درجات الحرارة العالية، والاستقرار الحراري العالي، والخمول الكيميائي، والتشحيم، كما أن استخدامه واسع النطاق للغاية.

مجال التطبيق الرئيسي
1- المواد المقاومة للحرارة
في صناعة المعادن، يُستخدم الجرافيت كمادة حرارية وعامل حماية لسبائك الصلب. ونظرًا لخصائصه المقاومة للحرارة العالية والقوة الفائقة، يُستخدم الجرافيت ومنتجاته في صناعة بوتقات الجرافيت، وبطانات أفران الصلب، والخبث الواقي، والصب المستمر.

2- صناعة صب المعادن
الصلب والصب: يستخدم الجرافيت كمادة مكربنة في صناعة الصلب.
في مجال الصب، يُستخدم الجرافيت في صبّ المواد وصقلها وتشكيلها: نظرًا لانخفاض معامل التمدد الحراري للجرافيت، يُستخدم كطلاء للصب، مما يُحسّن دقة أبعاد المسبوكات، ونعومة سطحها، ويقلل من الشقوق والمسامات، ويرفع الإنتاجية. إضافةً إلى ذلك، يُستخدم الجرافيت في إنتاج سبائك المساحيق المعدنية فائقة الصلابة، وفي إنتاج منتجات الكربون.

3. الصناعات الكيميائية
يتمتع الجرافيت بثبات كيميائي جيد. ويتميز الجرافيت المُعالَج خصيصًا بخصائص مقاومة التآكل، والتوصيل الحراري الجيد، والنفاذية المنخفضة. ويضمن استخدام الجرافيت في صناعة أنابيب الجرافيت حدوث التفاعل الكيميائي الطبيعي، ويلبي متطلبات تصنيع المواد الكيميائية عالية النقاء.

4- صناعة الكهرباء والإلكترونيات
يُستخدم الجرافيت في إنتاج أقطاب الجرافيت المسحوقة الدقيقة، والفرش، والبطاريات، وبطاريات الليثيوم، ومواد التوصيل في الأقطاب الموجبة لخلايا الوقود، وألواح الأنود، والقضبان الكهربائية، وأنابيب الكربون، وحشيات الجرافيت، وأجزاء الهواتف، والأقطاب الموجبة للمقومات، والبلاستيك الموصل للحماية الكهرومغناطيسية، ومكونات المبادلات الحرارية، وطلاء أنابيب صور التلفزيون. ويُستخدم قطب الجرافيت على نطاق واسع في صهر مختلف السبائك؛ بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الجرافيت ككاثود في الخلايا الإلكتروليتية لتحليل المعادن مثل المغنيسيوم والألومنيوم.
في الوقت الحاضر، تُستخدم أحبار الفلور الأحفورية (CF، GF) على نطاق واسع في مواد البطاريات عالية الطاقة، وخاصة أحبار الفلور الأحفورية CF0.5-0.99، والتي تعتبر أكثر ملاءمة لصنع مواد الأنود للبطاريات عالية الطاقة، وتصغير حجم البطاريات.

5. صناعات الطاقة الذرية والفضاء والدفاع
يتميز الجرافيت بنقطة انصهار عالية، وثبات، ومقاومة للتآكل، ومقاومة جيدة لأشعة ألفا، وقدرة عالية على إبطاء النيوترونات، ويُستخدم في الصناعة النووية كمواد جرافيتية تُعرف باسم الجرافيت النووي. وتشمل هذه المواد مُعدِّلات النيوترونات للمفاعلات الذرية، والعاكسات، وحبر الأسطوانات الساخنة لإنتاج النظائر، والجرافيت الكروي للمفاعلات المبردة بالغاز ذات درجات الحرارة العالية، وحشيات منع التسرب للمكونات الحرارية للمفاعلات النووية، والكتل الكبيرة منه.
يستخدم الجرافيت في المفاعلات الحرارية، ونأمل أن يستخدم أيضًا في مفاعلات الاندماج، حيث يمكن استخدامه كمعدل للنيوترونات في منطقة الوقود، وكمادة عاكسة حول منطقة الوقود، وكمادة هيكلية داخل القلب.

بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الجرافيت في صناعة مواد دفع الصواريخ بعيدة المدى أو صواريخ الفضاء، وأجزاء معدات الفضاء، ومواد العزل الحراري والحماية من الإشعاع، وبطانة فوهة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، وغيرها. كما يُستخدم في إنتاج فرش الطائرات، ومحركات التيار المستمر للمركبات الفضائية، وأجزاء معدات الفضاء، وإشارات الاتصال اللاسلكي للأقمار الصناعية، والمواد الهيكلية الموصلة. وفي الصناعات الدفاعية، يُستخدم في صناعة محامل الغواصات الحديثة، وإنتاج الجرافيت عالي النقاء للدفاع الوطني، وقنابل الجرافيت، وأغطية مقدمة الطائرات الشبحية والصواريخ. وتتميز قنابل الجرافيت بقدرتها على تعطيل عمل المحطات الفرعية وغيرها من الأجهزة الكهربائية الكبيرة، ولها تأثير كبير على الأحوال الجوية.

6. صناعة الآلات

يستخدم الجرافيت على نطاق واسع في إنتاج بطانات فرامل السيارات ومكونات أخرى بالإضافة إلى مواد التشحيم عالية الحرارة في الصناعة الميكانيكية؛ بعد معالجة الجرافيت إلى جرافيت غرواني وحبر فلوروفوسيل (CF، GF)، فإنه يستخدم بشكل شائع كمادة تشحيم صلبة في صناعة الآلات مثل الطائرات والسفن والقطارات والسيارات وغيرها من الآلات عالية السرعة.