¿Qué son las varillas de grafito?
Como tipo de varilla, las varillas de grafito se producen a partir de grafito mecanizado o compuestos de grafito. Son bien conocidos por su excelente resistencia al choque térmico, resistencia al calor, alta resistencia a la corrosión, no reactividad y capacidad de envejecer bien (porque el grafito es un material que no fatiga).
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Beneficios de las varillas de grafito
Tipos de varillas de grafito
Las varillas de grafito se pueden mecanizar a partir de bloques de grafito para su uso en diversas industrias y aplicaciones. Los tamaños estándar se fabrican y mecanizan a partir de grafito extruido.
1. Varillas de grafito de grano fino JC3
JC3 es una varilla densa de grano fino que se puede mecanizar y tiene una clasificación de alta temperatura de 5432 grados F a 3000 grados. Su calidad es grafito extruido JC3 y su densidad aparente es de 1,72 a 1,74 g/cc. Sus características permiten una fuerte conductividad eléctrica. Las varillas de grafito JC3 se pueden mecanizar con tolerancias extremadamente ajustadas.
Las varillas de grafito tienen buena conductividad térmica porque el grafito es un excelente conductor del calor y tiene una alta resistencia al choque térmico. La resistencia a la compresión de la varilla oscila entre 11.000 y 38.000 lbs/in2. Resistente a la corrosión para todos los fines prácticos y resistente a muchos ácidos, álcalis, disolventes y compuestos relacionados.
Tiene una cara de sellado plana debido al alto módulo de elasticidad y estabilidad para permanecer plana durante la operación en las caras de fricción. También tiene características que no irritan y lubricación incorporada. La estructura molecular del grafito genera una capa extremadamente delgada sobre las partes móviles. Los productos no se agarrotan ni se irritan en las aplicaciones más severas. El grafito es poroso, pero se utilizan impregnaciones para llenar estos poros, que pueden variar desde muy impermeables hasta completamente impermeables según la aplicación.
Las varillas de grafito JC3 se utilizan principalmente en aplicaciones electroquímicas y de tratamiento térmico. También se utilizan para soportar vigas o rieles de solera para permitir la expansión térmica. Otros usos incluyen accesorios o postes de soporte, varillas para agitar, electrodos y otros fines de reacción.
2. Varillas de grafito de grano fino JC4
JC4 es una varilla resistente de grano fino que se puede mecanizar y clasificar a una temperatura media (tratamiento térmico de 1355 grados F a 735 grados). Su grado es grafito extruido JC4 y su densidad es 1,76 g/cc.
Cuando no son necesarias temperaturas más altas, sus propiedades permiten una buena densidad y resistencia. El resto de sus características son similares a las del JC3 que ya hemos comentado anteriormente. Estas varillas se utilizan normalmente en aplicaciones mecánicas.
3. Varilla de grafito moldeado superfino
Sus características son tamaño de grano súper fino, alta densidad, no reactivo, resistencia superior y varilla de grafito moldeado. Se recomienda para aplicaciones electroquímicas, de metal y vidrio de alta temperatura, incluidos crisoles, varillas agitadoras, moldes, electrodos, ánodos y casquillos.
Tolerancias de diámetro: +.010"/-.005". El grafito superfino soporta una temperatura de hasta 2760 grados Celsius. El tamaño de las partículas es de 0,001 pulgadas, la densidad es de 1,8 g/cm, la resistencia a la compresión es de 13 000 psi y la resistividad es de 0,00050 ohmios/pulgada.
4. Varillas de grafito de grano medio
La construcción de estas varillas es ideal para operaciones de desbaste y acabado en diversas aplicaciones industriales. Estas varillas se producen mediante el uso de un procedimiento de fabricación alternativo que reduce el costo con respecto al procedimiento de moldeo isostático.
La etiqueta de grafito de grano medio generalmente se refiere a materiales con partículas individuales que varían en tamaño desde 0.0508 mm hasta 1,575 mm, que han sido moldeadas por compresión o extruidas en su forma de materia prima. Del 12 al 20% del volumen de una varilla está formado por poros entre partículas individuales que son visibles a simple vista.
5. Varillas de grafito de grano grueso
Hay varias circunstancias en las que se desean y son satisfactorias varillas de grafito de grano grueso para una aplicación. Por lo general, cuando se habla de una varilla de grafito de grano grueso, se trata de grafito extruido. El tamaño de partícula distintivo de este material de grafito variará desde 1,016 mm hasta 6,096 mm y tendrá una gran cantidad de poros en el material.
Este material de grano grueso es un excelente material para la fabricación de varillas de grafito. Debido a su gran tamaño de partícula y poros abiertos, las varillas soportan extremadamente bien el choque térmico y pueden soportar cambios de temperatura cuando los metales fundidos tocan su superficie. Si bien estas varillas también tienen alrededor del 12 al 20% de su volumen compuesto por poros entre partículas individuales, estos poros son bastante visibles a simple vista debido a las partículas que forman las varillas. Estas varillas se utilizan principalmente como electrodos de grafito para hornos cuchara y arcos eléctricos en la industria siderúrgica.
6. Varillas de grafito de mayor densidad
El grafito de alta densidad es un material excepcionalmente especial con alta resistencia, alta densidad y una microestructura fina. Se puede utilizar para fabricar varillas debido a su capacidad para soportar temperaturas extremadamente altas manteniendo su forma y resistencia. Además, estas varillas son económicas y fáciles de mecanizar en cualquier forma.
En la tecnología actual, las muestras de grafito se producían a partir de polvos de semicoque a base de brea de hulla sin el uso de ningún aglutinante suplementario. Las varillas de grafito isostático muestran mejores características en comparación con el grafito artificial elaborado con el antiguo procedimiento de relleno y aglutinante. Luego se carboniza, se rellenan los poros y se grafitiza.
7. Varillas de grafito recubiertas de carbono pirolítico
Una capa de carbón pirolítico sobre grafito reduce la permeabilidad al gas, mejora la estabilidad a la oxidación y protege contra la liberación de partículas. Se crea mediante un procedimiento de deposición química de vapor (CVD). Los recubrimientos de carbón pirolítico, como el grafito, tienen una estabilidad térmica e inercia química excepcionales. Además, el carbón pirolítico se puede utilizar para penetrar y densificar el grafito, reduciendo considerablemente la porosidad interna.
Especificaciones de las varillas de grafito
Las especificaciones de las varillas de grafito incluyen la densidad estándar de cada grado, ya que determina dónde se puede aplicar el grado de la varilla. La resistencia a la compresión también es una característica igualmente importante y varía de 11 000 a 38 000 libras por pulgada cuadrada.
El módulo de elasticidad es de 14 K10-5 psi a temperatura ambiente y 27 K10-5 psi a 2315 grados Celsius (grados G purificados). La expansión térmica es de 6 pulgadas/pulgada/grado x 10-7 a temperatura ambiente y de 18 pulgadas/pulgada/grado x 10-7 a 2315 grados Celsius (grados G purificados). La resistividad eléctrica es de 29 a 36 ohmios. x10-5.
La conductividad térmica es de 179 W/(mK) a temperatura ambiente y de 154 W/(mK) a 2315 grados Celsius (grados G purificados). El tamaño máximo de grano, la resistencia a la flexión y el coeficiente de expansión térmica también son especificaciones importantes.
Proceso de varillas de grafito
El moldeo por compresión, el prensado isostático o la extrusión de varillas son las tres formas más comunes de producir varillas de grafito. Muchas de estas técnicas son comparables a las utilizadas para crear tubos de grafito.
1. Moldeo por compresión
El moldeo por compresión es un proceso de formación en el que una sustancia se ablanda y luego se obliga a adoptar la forma del molde en el que reposa. Para comenzar, el material a moldear se precalienta antes de colocarlo en un molde u orificio abierto y calentado. Luego se cierra el molde desde la parte superior y se presiona mediante un tapón a medida que se ablanda. La sustancia de grafito se expande y toma la forma del molde debido a la acción de la presión y el calor. Se mantendrá aquí hasta que se cure.
2. Precalentamiento del molde
Primero es necesario preparar el molde con pasos de preparación típicos que incluyen: limpiar el molde, aplicar un agente desmoldante y calentar para inducir la viscosidad de la carga cuando finalmente se carga.
3. Preparación de la carga
El moldeo por compresión se realiza en una variedad de materiales. Por lo tanto, vienen en muchas composiciones, tamaños, formas, condiciones y paquetes. La preparación cambia el material de su estado de entrega a uno más adecuado para comprimir. La preparación de la carga incluye: desempacar, limpiar, cortar, dimensionar, pesar y calentar.
4. Carga de carga
Esto implica colocar la carga en la parte inferior del molde. De esta manera se garantiza el resultado de compresión óptimo. Luego, la carga se aplica al molde en el patrón requerido, dependiendo de la forma del molde, el espesor requerido y otras consideraciones.
5. Compresión de varilla
Para poner las dos partes del molde lo más juntas posible, se crea un movimiento relativo. La carga se comprime a medida que las partes se acercan. La compresión se puede utilizar para forzar la carga a llenar todo el volumen planificado en la cavidad del molde. También asegura la densidad adecuada del producto y facilita el curado.
6. Curado en el proceso de moldeo
Esta etapa del proceso de moldeo ayuda a endurecer la carga comprimida hasta obtener el producto terminado. Para permitir el fraguado y el endurecimiento, puede que simplemente sea necesario bajar la temperatura o utilizar agentes endurecedores y catalizadores. El tipo de condensación y el tipo de adición son algunos de los tipos de curado.
7. Enfriamiento del molde
El enfriamiento garantiza que el molde tenga la temperatura perfecta para los ciclos de moldeo posteriores. Garantizar que el molde desarrolle las propiedades térmicas y mecánicas preferidas es importante para su extracción, uso o almacenamiento.
8. Expulsión de grafito
La eyección es la liberación del grafito después del curado. La expulsión automatizada a menudo utiliza un émbolo que se mueve desde la parte inferior del molde cuando se necesita la expulsión, o un sistema separado de ventosas. La expulsión suele ir acompañada de un agente desmoldante y un revestimiento aplicado al molde para evitar que el producto se adhiera al molde y facilitar la expulsión.
9. Extrusión de varillas
La extrusión de varillas simplemente se realiza en el proceso de moldeo por extrusión estándar. Este proceso comienza con la recolección del stock de grafito y las adiciones necesarias en una tolva, donde se calientan hasta que se derriten. cuando la acción es
fundido (o líquido), se presiona a través de una matriz en forma de tubo. Después de enfriarse, la pasta adquiere el tamaño y la forma del troquel. Puede liberarse del molde como una forma sólida una vez que se haya enfriado.
10. Proceso de extrusión en caliente
Se trata de una técnica de trabajo en caliente, lo que significa que se realiza por encima de la temperatura de recristalización del grafito. Esto evita que el grafito se solidifique y facilita el paso a través del troquel. El proceso de extrusión en caliente se realiza generalmente en prensas hidráulicas horizontales pesadas. Sus presiones oscilan entre 30 y 700 MPa (4,400 - 101,500 psi). Por tanto, se requiere lubricación. Para extrusiones a temperaturas más bajas, se puede utilizar aceite o grafito, mientras que para extrusiones a temperaturas más altas se puede utilizar polvo de vidrio.
11. Prensado isostático
El prensado isostático es un método de formación que emplea presión desde todos los lados. La sustancia de grafito se coloca dentro de un recipiente de contención de alta presión para que funcione. Se utiliza un gas inerte, tal como argón, para presurizar el recipiente de contención. Una vez que el grafito está dentro, el recipiente se calienta, lo que aumenta la presión y hace que el grafito se forme de esta manera.
12. Prensado isostático en caliente (HIP)
No solo se utiliza para la consolidación de polvo y el trabajo de dos pasos de la formación y sinterización de pulvimetalurgia tradicional que se completan simultáneamente, sino también para la eliminación de defectos de fundición, unión por difusión de la pieza de trabajo y la producción de piezas de formas complejas. En la presión isostática caliente, comúnmente se emplean argón, amoníaco y otros gases inertes como medio de transferencia de presión, y el paquete de componentes suele estar hecho de metal o vidrio. La temperatura de funcionamiento suele ser de 1000 a 2200 grados y la presión de trabajo suele ser de 100 a 200 MPa.
13. Prensado isostático en frío (CIP)
El prensado isostático en frío es ventajoso para crear piezas donde el alto coste inicial de las matrices de prensado no se puede justificar o se requieren compactos extremadamente grandes o complejos. A escala comercial, se puede prensar isostáticamente una amplia gama de polvos, incluidos metales, cerámicas, polímeros y compuestos. Las presiones de compactación varían desde menos de 5,000 psi hasta más de 100,000 psi (34,5 - 690 MPa). Ya sea en un proceso de bolsa húmeda o seca, los polvos se compactan en moldes elastoméricos.
Mecanizado de Grafito
El mecanizado de grafito es la técnica de cortar o dar forma a material de grafito para adaptarlo a una serie de aplicaciones y propósitos. Debido a que el grafito es casi difícil de cortar y desafila la mayoría de los metales, es fundamental utilizar únicamente herramientas de diamante y carburo. Sin embargo, debido a su resistencia, el grafito ofrece muchas ventajas. El material es increíblemente robusto, no se oxida ni se rompe y puede usarse como lubricante natural para rodamientos y otros componentes de máquinas. Esto reduce el gasto de otros aceites y lubricantes.
El proceso de mecanizado del grafito es idéntico al del mecanizado de hierro fundido. Las virutas finas, a menudo conocidas como virutas, se extraen en forma de polvo fino. Los dispositivos utilizados en el procedimiento no agarran la pieza de trabajo, sino que la cortan de forma similar a como se quita la nieve.
La resistencia a la compresión del grafito es fuerte y puede mantenerse en su lugar mediante fuerza de sujeción. Antes de operar la pieza, es fundamental calcular la cantidad de fuerza de sujeción necesaria. La cantidad de fuerza de sujeción requerida se determina probando una pieza de trabajo hasta el umbral de falla por compresión.
Algunos métodos utilizados para mecanizar grafito son herramientas especializadas. Lo primero en lo que hay que pensar al planificar el mecanizado de grafito son las herramientas que se pueden utilizar. El grafito es un material abrasivo que desgastará gravemente las herramientas metálicas desnudas. Se prefieren las herramientas con filo de diamante, pero también se pueden utilizar herramientas de carburo de tungsteno. Se puede utilizar acero rápido, aunque se desgasta rápidamente, lo que limita su aplicación. Se producen astillas y roturas cuando se utiliza la herramienta, la velocidad o el avance incorrectos.
Pasos para fabricar las varillas de grafito
cocas -El coque es un componente de las refinerías de petróleo que se crea calentando hulla (de 600 a 1200 grados). Este procedimiento se lleva a cabo en un horno de coque construido específicamente, que emplea gases de combustión y tiene una disponibilidad limitada de oxígeno. Su poder calorífico es superior al del carbón fósil tradicional.
pulverizando -Una vez que las materias primas han sido inspeccionadas minuciosamente, se pulverizan hasta obtener un tamaño de grano específico. Máquinas específicas que muelen el material transfieren el polvo de carbón muy fino resultante a bolsas especiales, que luego se clasifican según el tamaño del grano.
Amasar -Una vez finalizado el proceso de molienda del coque, se mezcla con brea. A altas temperaturas, las materias primas se combinan de tal manera que el carbón se funde y se combina con los granos de coque.
Segunda Pulverización -Tras el proceso de mezcla, se forman pequeñas bolas de carbón que luego deben molerse hasta obtener granos muy finos.
Prensado isostático -La etapa de prensado comienza una vez que están listos los granos finos del tamaño necesario. Luego, el polvo se deposita en enormes moldes con tamaños que corresponden a los tamaños de los bloques finales. El carbón en polvo en los moldes se somete a alta presión (por encima de 150 MPa), lo que imparte igual presión y fuerza a los granos, lo que da como resultado una disposición simétrica y una distribución uniforme. Este proceso permite obtener propiedades idénticas del grafito en todo el molde.
Carbonización -La siguiente etapa, que requiere más tiempo (de 2 a 3 meses), es la cocción en el horno. El material que ha sido triturado uniformemente se coloca en enormes hornos que alcanzan temperaturas de 1000 grados. La temperatura en el horno se mantiene constantemente para evitar fallas o grietas. Después de la cocción, el bloque ha alcanzado la dureza necesaria.
Impregnación de brea -Para reducir la porosidad, el bloque podría impregnarse con brea y quemarse nuevamente en este paso del proceso. Para la impregnación se suele utilizar una brea con una viscosidad menor que la brea utilizada como aglutinante. Para llenar los huecos con mayor precisión, se requiere una viscosidad baja.
Grafitizar -En este punto, la matriz de los átomos de carbono ahora está ordenada y el proceso de transición del carbono al grafito se conoce como grafitización. Grafitizar es el proceso de calentar los bloques creados a alrededor de 3000 grados. Después del grafitado, la conductividad eléctrica, la densidad, la conductividad térmica y la resistencia a la corrosión mejoran drásticamente, al igual que la eficiencia del mecanizado.
Material de grafito -Es fundamental inspeccionar todos los parámetros del grafito después de la grafitización, incluido el tamaño del grano, la flexión, la densidad y la resistencia a la compresión.
Mecanizado -Una vez que el material se ha preparado y examinado minuciosamente, se puede fabricar barras de grafito.
Aplicaciones de las varillas de grafito
Las varillas de grafito se utilizan a menudo para aplicaciones de fibra óptica y semiconductores, las cuales necesitan precisión y sensibilidad. Los usos más populares de las cañas de grafito son las cañas de pescar y las cañas de pescar pequeñas (ya que el grafito es sensible, duradero y liviano).
Las aplicaciones industriales incluyen el tratamiento térmico.
Se utilizan para soportar vigas o rieles de solera para permitir la expansión térmica porque el grafito puede soportar temperaturas extremas. También como varillas agitadoras de metales calientes y fundidos, varillas cilíndricas de electrodos de grafito. En la electrólisis se utilizan varillas de grafito y numerosos electrones deslocalizados permiten que la electricidad se mueva rápidamente a través del grafito.
Se pueden utilizar varillas de grafito para extender un soplado.
En un agujero en un tubo, como dispositivo abocardador o para hacer una muesca en una pared lateral de vidrio. Las varillas de grafito se aplican como moderadores en reactores nucleares para controlar la velocidad de reacción. El grafito permite la reacción en cadena de fisión al desacelerar los neutrones en un reactor de grafito. Se insertan algunas varillas y absorben más neutrones que quedan disponibles, luego la reacción en cadena se acelera. El nivel de potencia en el reactor comienza a aumentar.
El grafito mecanizado suele estar hecho de un compuesto o una mezcla de grafito y cobre.
El grafito puro con cobre adicional produce sus buscadas propiedades de elevada resistencia y conductividad segura. Como se mencionó, las varillas de grafito son extremadamente resistentes al calor. Para definir y cuantificar lo "extremo", cabe señalar que las varillas de grafito pueden mantener su forma incluso cuando se exponen a temperaturas "extremas", como 5000 grados.
Las varillas de grafito se utilizan habitualmente como electrodos en procesos de electrólisis. La electrólisis es una técnica que utiliza una corriente eléctrica para impulsar una reacción química no espontánea. Los electrodos, que conducen la electricidad a la solución electrolítica, desempeñan un papel crucial en este proceso. Se prefieren las varillas de grafito por varias razones:
● Conductividad:El grafito es un excelente conductor de la electricidad. Permite que la corriente eléctrica fluya a través del electrolito, facilitando el movimiento de los iones y la ocurrencia de la electrólisis.
● Estabilidad química:El grafito es químicamente estable y no reacciona con muchas sustancias. Esto es importante porque los electrodos no deben sufrir reacciones químicas que puedan interferir con el proceso de electrólisis deseado.
● Alto punto de fusión:El grafito tiene un alto punto de fusión, lo que lo hace adecuado para su uso en procesos de electrólisis a alta temperatura.
● Resistencia mecánica:El grafito es mecánicamente fuerte, proporcionando durabilidad y resistencia al desgaste durante la electrólisis.
● Disponibilidad:El grafito está fácilmente disponible y es relativamente económico, lo que lo convierte en una opción práctica para electrodos en diversas aplicaciones de electrólisis.
Nuestra fábrica
Henan Daking Import and Export Co., Ltd. (Henan Daking para abreviar) es uno de los fabricantes profesionales de producción, investigación, desarrollo y ventas de moldes de grafito de China. La empresa se compromete a proporcionar a los clientes materias primas de grafito de alta calidad y procesamiento de productos de grafito de precisión. Las materias primas utilizadas por nuestra empresa, como el grafito prensado isostático, el grafito moldeado y el grafito EDM, tienen las características de alta resistencia, buena resistencia al choque térmico, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y fuerte resistencia a la oxidación.
Preguntas más frecuentes
Somos fabricantes y proveedores profesionales de varillas de grafito en China, especializados en brindar un servicio personalizado de alta calidad. Le damos una calurosa bienvenida a comprar varillas de grafito de alta calidad fabricadas en China aquí en nuestra fábrica.