Le feutre de graphite se divise en trois types : le feutre à base d'asphalte, le feutre à base de polyacrylonitrile (PAN) et le feutre à base de viscose, en raison des différentes matières premières utilisées. Il est principalement utilisé comme matériau de conservation de la chaleur et d'isolation pour les fours de fusion du silicium monocristallin. Dans l'industrie chimique, il peut être utilisé comme matériau filtrant pour les réactifs chimiques corrosifs de haute pureté.
Le feutre de carbone est traité à une température élevée de plus de 2 000 °C sous vide ou sous atmosphère inerte pour obtenir du feutre de graphite. Sa teneur en carbone est supérieure à celle du feutre de carbone, atteignant plus de 99 %. À la fin des années 1960, les feutres de graphite étaient disponibles dans le monde entier. Le feutre de graphite se divise en trois types : le feutre à base d'asphalte, le feutre à base de polyacrylonitrile et le feutre à base de viscose, en raison des différentes matières premières utilisées.
Français Parmi eux, l'asphalte représenté par Kureha Chemical au Japon est le principal dans l'industrie de l'isolation. Les feutres isolants européens et américains sont principalement à base de viscose, tandis que la plupart des feutres isolants nationaux sont à base de polyacrylonitrile. Procédé : Découper le feutre de carbone à base de polyacrylonitrile ou de viscose à la taille requise, l'enrouler en un cylindre et le placer dans un récipient en graphite. Placer le récipient en graphite dans un four à haute température (le four à haute température est un four à tube en graphite, un four à induction moyenne fréquence, haute fréquence ou un autre four à haute température avec forme de chauffage), et utiliser une protection sous vide ou un gaz inerte de haute pureté pour le chauffer à 2200-2500 °C à une vitesse de chauffage de 100-300 °C/h, puis le refroidir naturellement à 100 °C.
Le feutre de graphite à base de polyacrylonitrile est plus résistant et possède un pouvoir antioxydant supérieur à celui du feutre de graphite à base de viscose, mais présente une flexibilité médiocre, une densité volumique élevée et de bonnes performances d'isolation thermique. Outre la grande pureté, la résistance aux hautes températures, la résistance à la corrosion et l'infusion du graphite en bloc, il présente également les avantages de l'élasticité, du pliage, de la découpe et de la couture arbitraires avec des fils de graphite. Le feutre de graphite est principalement utilisé comme matériau d'isolation thermique pour les fours de fusion du silicium monocristallin. Dans l'industrie chimique, il peut être utilisé comme matériau filtrant pour les réactifs chimiques corrosifs de haute pureté. Le feutre de graphite peut être utilisé à une température d'environ 3 000 °C dans des conditions d'atmosphère non oxydante.
Principales propriétés du feutre graphite
1. Conductivité
La conductivité du feutre de graphite provient de sa microstructure composée de fibres de graphite, un matériau excellent conducteur. Le feutre de graphite peut conduire le courant sous faible résistance, ce qui le rend très populaire dans les applications électrochimiques.
2. Résistance aux hautes températures
Le feutre de graphite présente une excellente résistance aux hautes températures et est généralement stable dans des environnements à haute température supérieurs à 2 000 °C. Sous vide ou sous gaz inerte, sa résistance à l'oxydation est encore plus élevée. Par conséquent, son application dans les domaines à haute température est particulièrement importante, notamment pour les matériaux d'isolation haute température ou les revêtements de fours de traitement thermique.
3. Stabilité chimique
Le feutre de graphite présente une excellente résistance à la corrosion chimique et reste stable en milieu acide, alcalin ou autre environnement chimiquement corrosif. Sa résistance à la corrosion, notamment dans les environnements fortement acides tels que l'acide sulfurique et l'acide fluorhydrique, lui permet d'être utilisé dans divers réacteurs chimiques et réservoirs de stockage.
4. Faible densité et porosité élevée Le feutre de graphite présente généralement une faible densité et une porosité élevée, ce qui le rend très léger. Il présente également de bonnes propriétés de perméabilité aux gaz et d'adsorption. Sa structure à forte porosité lui confère une grande surface spécifique, favorisant le transport des électrons et les échanges de matière lors des réactions électrochimiques.
5. Bonnes performances d'isolation thermique La structure poreuse du feutre de graphite lui confère une excellente isolation thermique, notamment dans les environnements à haute température. Sa faible conductivité thermique peut réduire efficacement la conduction thermique. Le feutre de graphite est souvent utilisé comme matériau isolant pour garantir la maîtrise de la chaleur dans les équipements ou les systèmes.
6. Flexibilité mécanique Bien que le graphite soit un matériau cassant, sa structure feutrée lui confère une relative flexibilité mécanique. Il peut être transformé en différentes formes et tailles pour s'adapter à différents scénarios d'application. De plus, sa flexibilité le rend également adapté à une utilisation composite avec d'autres matériaux.
| Teneur en carbone |
% |
99 |
| Cendre |
% |
0,1 |
| Densité corporelle |
g/cm³ |
0,1 |
| Surface spécifique |
m²/g |
2.648 |
| Taux de perte de feutre |
mg/feutre par gramme |
1,95 |
| Taux d'oxydation |
Perte de poids/heure à 600 °C dans l'air |
0,6 |
| Porosité |
% |
95 |
| Résistance de la feuille |
Ω∙cm ² |
0,1 |
| Tolérance d'épaisseur |
mm |
±7,5% |
| Efficacité énergétique |
Principalement basé sur un test de performance de cellule unique, 80 mA/cm ² |
87% |
| Efficacité de la tension |
80 mA/cm ² |
85% |
Principales applications du feutre graphite
1. Applications électrochimiques Le feutre de graphite est largement utilisé dans le domaine de l'électrochimie, notamment dans les piles à combustible, les cellules électrolytiques, les supercondensateurs et autres dispositifs : Électrodes de piles à combustible : Dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, le feutre de graphite peut être utilisé comme matériau d'électrode. Grâce à sa conductivité élevée et à sa capacité de diffusion gazeuse, il peut favoriser efficacement la transmission et la réaction électrochimique de l'hydrogène ou de l'oxygène. Cellules électrolytiques : Le feutre de graphite est utilisé comme matériau de cathode ou d'anode dans certaines applications électrolytiques. Sa conductivité et sa stabilité chimique garantissent une efficacité et une durabilité élevées du processus électrolytique. Supercondensateurs : Grâce à sa grande surface spécifique et à ses propriétés conductrices, le feutre de graphite est également utilisé comme matériau d'électrode pour les supercondensateurs afin de contribuer à un stockage d'énergie efficace.
2. Domaine du traitement thermique à haute température Le feutre de graphite est souvent utilisé comme matériau d'isolation thermique dans les fours à haute température en raison de son excellente résistance aux hautes températures et de ses propriétés d'isolation thermique : Revêtement de four à haute température : Le feutre de graphite est utilisé comme matériau d'isolation thermique dans les fours à vide ou les fours de traitement à haute température, ce qui peut fournir une protection thermique efficace à haute température pour éviter les pertes de chaleur. Four de croissance cristalline : Dans le processus de production de matériaux de haute pureté tels que le silicium monocristallin, le feutre de graphite est souvent utilisé comme couche isolante pour assurer le contrôle de la température pendant la croissance cristalline.
3. Anti-corrosion et filtration La résistance à la corrosion et la bonne adsorption du feutre de graphite le rendent largement utilisé dans les domaines chimiques et environnementaux : Filtration des gaz corrosifs : En raison de sa résistance chimique et de sa porosité élevée, le feutre de graphite peut filtrer et purifier les gaz ou liquides corrosifs, comme pour l'adsorption et la filtration du gaz d'acide sulfurique. Revêtement de réacteur chimique : Le feutre de graphite peut être utilisé comme matériau de revêtement pour les conteneurs ou les réacteurs dans certains environnements hautement corrosifs pour jouer un rôle anticorrosion et protecteur.
4. Aérospatiale Le feutre de graphite est largement utilisé dans le secteur aérospatial en raison de sa légèreté, de sa grande solidité, de sa résistance aux hautes températures et de ses propriétés d'isolation thermique. Il est principalement utilisé comme couche d'isolation thermique et matériau de protection contre les hautes températures dans les moteurs-fusées, les satellites et les engins spatiaux.
5. Énergie solaire et stockage d'énergie La conductivité thermique et électrique du feutre de graphite le rend largement utilisé dans les systèmes d'exploitation solaire thermique et de stockage d'énergie. Par exemple, le feutre de graphite peut être utilisé comme matériau absorbant la chaleur dans les capteurs solaires et comme couche conductrice dans les dispositifs de stockage d'énergie.
6. Domaine de l'énergie nucléaire Le feutre de graphite est également utilisé dans les réacteurs nucléaires comme réflecteur de neutrons thermiques et matériau d'isolation à haute température pour assurer la stabilité et la sécurité du fonctionnement du réacteur.
