En la primera parte de esta serie de artículos, analizamos los pasos iniciales en la producción de carbón grafito mecánico, comenzando por la mezcla de las materias primas en polvo. Ese artículo describe los pasos de procesamiento necesarios para producir carbón grafito simple.

Esta segunda parte aborda los distintos pasos de posprocesamiento que pueden aplicarse al carbón grafito simple después del horneado.

Las numerosas combinaciones de carbones base y técnicas de posprocesamiento dan lugar a los cientos de grados de carbón disponibles en la actualidad. Estos grados se adaptan a aplicaciones específicas, según las condiciones a las que estará expuesto el material durante su operación.

Esta versatilidad es una de las razones por las que los ingenieros suelen recurrir al carbón grafito para algunas de sus aplicaciones más exigentes.

En este artículo, dividiremos el posprocesamiento en dos categorías: grafitización e impregnación, aunque estos dos procesos no son mutuamente excluyentes.

Grafitización

La grafitización es un proceso de postratamiento que transforma el carbón grafito. Se utiliza con frecuencia para mejorar la resistencia a la oxidación y la capacidad autolubricante del material.

Durante este proceso, el carbón grafito se calienta aproximadamente a 5000 °F en una atmósfera controlada durante más de una semana. A lo largo de este tiempo, la matriz de carbono amorfo que rodea los granos de grafito dentro del material comienza a cambiar de forma y a convertirse en carbón grafito, como se muestra en la siguiente figura.

El carbón grafito simple, mostrado en el lado izquierdo, está formado por granos de grafito incrustados en una matriz dura de carbono amorfo. El grafito simple, mostrado en el lado derecho, no presenta la misma matriz de carbono amorfo, sino una matriz de grafito más blanda y lubricante.

El grafito se utiliza con frecuencia en aplicaciones de funcionamiento en seco, ya que su estructura en capas ayuda a reducir el coeficiente de fricción del material. Esta estructura en capas es la que da a las distintas formas de carbón grafito y grafito su capacidad autolubricante.

Durante la operación, los granos de grafito depositan una película pulida sobre la superficie de contacto, sobre la cual el carbón grafito puede deslizarse con mayor facilidad. Aumentar la cantidad de grafito en el material potencia este efecto.

Otra ventaja de la grafitización es la mejora de las propiedades térmicas. Al grafitizar el carbón grafito simple, la resistencia térmica del material puede aumentar en más de 200 grados Fahrenheit. Esto se debe a que el grafito puro (cuya matriz de carbono amorfo ha sido grafitizada) tiene menos sitios activos propensos a la oxidación. En esencia, esto significa que hay menos átomos de carbono expuestos que puedan reaccionar con el oxígeno durante una reacción de oxidación.

Además de una mayor resistencia a la temperatura, el grafito presenta una mayor conductividad térmica. Esto se debe a su estructura en capas, que permite una transferencia de calor más eficiente.

Una mayor conductividad térmica ayuda a minimizar la acumulación localizada de calor, lo que permite que el material funcione en condiciones aún más exigentes. Debido a que los usuarios de carbón grafito buscan constantemente alcanzar temperaturas cada vez más altas, este aumento en la resistencia térmica y en la conductividad térmica resulta fundamental.

La transformación de la matriz dura de carbono amorfo en grafito también tiene un impacto negativo en ciertas propiedades mecánicas. Además de ser más blando que el carbón grafito, el grafito presenta propiedades de resistencia ligeramente inferiores.

Esta compensación significa que no siempre resulta más conveniente elegir un grado grafitizado en lugar de carbón grafito.

IMPREGNACIÓN

El carbón grafito y el grafito son materiales intrínsecamente porosos. Como se explicó en la Parte I, durante el horneado el material libera elementos no carbonosos en forma de gases. Estos gases atraviesan el material y dejan una red de poros interconectados.

Los fabricantes de carbón grafito pueden aprovechar esta porosidad rellenándola con resinas, metales, sales y otros materiales. Al hacerlo, se mejoran las propiedades físicas del material de distintas maneras.

Existen muchos tipos diferentes de impregnación, y cada uno ofrece ventajas específicas. El tipo de impregnación utilizado depende de la aplicación final del material.

Por ejemplo, el grado de material utilizado para cojinetes en hornos transportadores probablemente será muy diferente del que se utiliza para un sello mecánico en un motor a reacción.

Como se muestra en el cuadro siguiente, hay algunas consideraciones que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar el grado de grafito de carbono adecuado. Sin embargo, también hay muchos matices específicos de cada aplicación que deben tenerse en cuenta. Por ello, la mejor manera de determinar el grado de material adecuado para su aplicación es hablar directamente con su fabricante de grafito de carbono.

Consideraciones de diseño del cabrón grafito para los tipos de impregnación, entre los que se incluyen: babbitt, níquel, antimonio, resina, plata, carbono, bronce y sal.

Notas finales

El proceso de fabricación del carbón grafito es amplio, pero es fundamental que cada paso se realice correctamente. El carbón grafito se utiliza en una gran variedad de componentes críticos en numerosas industrias.

El éxito de estos componentes en operación está directamente relacionado con el procesamiento del material, por lo que la diligencia durante su producción es esencial.

Para obtener más información sobre cómo se fabrica este material, ponte en contacto con un fabricante de carbón grafito.

¿Tienes alguna pregunta sobre una aplicación concreta? Ponte en contacto con Metcar para hablar con un ingeniero sobre tu proceso.