۱) دسته‌بندی فنی و نام‌گذاری دقیق

• گرافیت طبیعی (Natural Graphite)

  • انواع: Flake (فلس‌دار)، Vein (رگ‌دار)، Amorphous (آمورف — معمولاً ریزدانه).

  • در بازار روان‌کننده‌ها «گرافیت چرب» معمولاً به گرافیت فلِیک طبیعی با سطوح صاف و لغزندگی بالا اطلاق می‌شود.

• گرافیت سنتتیک (Synthetic / Artificial Graphite)

  • از کک نفتی/پتروشیمیایی ساخته می‌شود؛ برای الکترودها، آند باتری، نسوزها و کاربردهای آلیاژی استفاده می‌شود.

• گرافیت آمورف (در طبقه‌بندی‌های مختلف با «خشک» هم خوانده می‌شود)

  • ساختار بلوری ناقص، دانه‌ریز، خاکستر بیشتر، هدایت کمتر.

۲) میکروسکوپیک — ساختار کریستالی و خواص بلوری

• گرافیت واقعی از صفحات شش‌ضلعی کربن (لایه‌های گرافنی) ساخته شده؛ پارامترها:

  • La = اندازه نظم در صفحات (in-plane crystallite size)

  • Lc = تعداد لایه‌ها / ارتفاع کریستال (stacking height)

• گرافیت فلِیک: La و Lc بزرگ‌تر → هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، لغزندگی خوب، قابلیّت لایه‌لایه شدن.

• آمورف/سنتتیک با بلوریت کم: La/Lc کوچکتر → سطح ویژه بیشتر، واکنش‌پذیری سطحی بیشتر، مقاومت مکانیکی متفاوت.

۳) روش‌های تولید — جزئیات فنی

A — گرافیت طبیعی (فلسی)

1. استخراج معدن → سنگ حاوی گرافیت.

2. خردایش و آسیا کردن → آزادسازی فلس‌ها.

3. فلوتاسیون (Froth flotation) برای جداسازی فلس‌های گرافیت از مادهٔ میزبان.

   • پارامترها: اندازه مادهٔ ورودی، نوع امولسیفایر، pH، زمان هوازایی.

4. خشک‌سازی و دانه‌بندی.

5. تصفیه شیمیایی (chemical purification) — اگر خواص الکترونیکی/باتری لازم باشد:

   • روش‌های اسیدی (HCl/HF/H2SO4) برای حذف سیلیکات‌ها و اکسیدها — توجه: HF مخاطره‌آمیز است و باید با احتیاط صنعتی انجام شود.

   • یا خالص‌سازی حرارتی (thermal purification): حرارت‌درجهٔ بالا در کوره (تا 2600–3000°C تحت گاز خنثی) برای کاهش ناخالصی‌ها و افزایش درصد کربن و درجهٔ بلورینگی.

B — گرافیت سنتتیک (الکترولیتی/گرمادهی)

1. منبع: کک نفتی (petroleum coke) یا کک زغال.

2. خرد و آسیاب، اختلاط با قیر یا رزین (binder).

3. شکل‌دهی (extrusion, molding, isostatic pressing) اگر برای الکترود/بلوک.

4. کربونیزاسیون (چرخش در دمای ~1000°C) برای حذف مادۀ فرار و تثبیت شکل.

5. گرافیتی‌سازی (Graphitization): حرارت‌دهی به 2500–3000°C در کورهٔ الکتریکی → تبدیل کربن آلوئیدی/آمورف به ساختار گرافیتی کریستالی.

   • دمای و زمان گرافیتی‌سازی تعیین‌کنندهٔ La/Lc و مقاومت الکتریکی هستند.

C — تولید گرافیت قابل تعمیم (Expanded Graphite)

• اکسیداسیون شیمیایی (اسید قوی + اکسنده مانند KMnO4 — مسیر مشابه Hummers) → تولید گرافیت اکسید شده، سپس گرمایش سریع → لایه‌ها جابجا و منبسط می‌شوند → expanded graphite برای مهر و موم‌ها، گسکت‌ها و مواد جذب‌کننده.

۴) خواص فیزیکوشیمیایی قابل اندازه‌گیری و روش‌های آزمون

(فهرست مهم‌ترین پارامترها و روش استاندارد)

• Fixed Carbon / Total Carbon (%) — تحلیل توسط Elemental Analyzer یا Leco.

  • روانکارها: معمولاً ≥ 85–95%؛ الکترودها/باتری‌ها: ≥ 99% پس از تصفیه.

• Ash (%) — سوزاندن نمونه در کوره و اندازه‌گیری خاکستر. معیار مهم برای خلوص.

• Moisture (%) و Volatile Matter (%) — TGA یا روش استاندارد ASTM.

• Particle Size Distribution (PSD) — لیزر دیفراکشن؛ پارامترهای d10, d50, d90.

  • روانکار: نوک توزیع ریزتا متوسط (مثلاً d50 = 5–20 µm برای گریس‌ها)؛ برخی کاربردها خواهان ذرات بزرگ‌تر فلِیک هستند.

• Surface Area (BET, m²/g) — نشان‌دهندهٔ سطح فعال. گرافیت آمورف معمولاً BET بالاتری دارد.

• X-ray Diffraction (XRD) — تعیین درجهٔ گرافیتیزاسیون، محاسبهٔ Lc از Broadening (Scherrer).

• Raman Spectroscopy (ID/IG ratio) — اندازه‌گیری نقص ساختاری؛ D-band و G-band نسبت‌ها نشان‌دهندهٔ میزان بلورینگی/نقص.

• Electrical Resistivity / Conductivity — چهار-پروب یا پرس بلوک.

• SEM / TEM imaging — شکل ذرات، فلس‌ها، ترک‌ها.

• ICP-OES / ICP-MS — تعیین عناصر فلزی (Fe, Al, Si, Ca, Mg, Na, K, S و غیره).

• Thermogravimetric Analysis (TGA) — پایداری حرارتی و درصد واکنش‌پذیری در هوا/نیتروژن.

• Lubricity tests — Pin-on-disk, Four-ball wear test — برای اندازه‌گیری ضریب اصطکاک و سائیدگی.

۵) پارامترهای مشخصه (نمونه‌های عددی معمول)

مقادیر می‌تواند بین منابع و گریدها متفاوت باشد؛ این‌ها بازه‌های معمول برای گریدهای صنعتی هستند.

• گرافیت روانکار (lubricant-grade flake)

  • Fixed carbon: 90–99%

  • Ash: 0.5–5%

  • Moisture: <1–2%

  • d50: 5–50 µm (بسته به کاربرد)

  • BET: 1–10 m²/g (فلک‌ها معمولاً سطح ویژه کم دارند)

  • ID/IG (Raman): پایین‌تر (نسبت بیشتر بلورینگی)

• گرافیت آمورف / خشک (amorphous)

  • Fixed carbon: 70–90%

  • Ash: 5–30%

  • BET: 5–50 m²/g (گاه بالاتر)

  • ذرات ریز: d50 < 10 µm معمول

• گرافیت سنتتیک برای آند باتری / الکترود

  • Fixed carbon: >99%

  • Ash: <0.1–0.5%

  • مقاومت الکتریکی کم، کنترل دقیق La/Lc، و ناخالصی فلزی بسیار کم.

۶) انتخاب گرید براساس کاربرد — راهنمای فنی

• روانکارها (گریس‌ها، اسپری‌ها، روغن‌های صنعتی) → گرافیت فلِیک طبیعی با La و Lc مناسب، ذرات با شکل فلسی، Ash پایین و توزیع اندازه متناسب. اگر نیاز به عملکرد در خلا یا دما بالا هست، گرافیت با تصفیهٔ حرارتی انتخاب شود.

• الکترودهای قوس (graphite electrodes) → گرافیت سنتتیک، کک نفتی با گرافیتی‌سازی در دمای بالا، چگالی بالا، مقاومت کم.

• آند باتری (Li-ion) → گرافیت میکروکریستالی با درصد کربن خیلی بالا، ناخالصی‌های فلزی به حداقل، کنترل اندازهٔ ذره و سطح آمایشی (specific surface area) جهت همگرا کردن ظرفیت و عمر چرخه.

• پوشش‌ها و افزودنی‌های رسانا (conductive fillers) → بسته به نیاز به رسانایی، می‌توان از پودر گرافیت سنتتیک یا فلِیک استفاده کرد؛ انتخاب براساس ترکیب پلیمر، ویسکوزیته و هدایت هدف.

• مواد نسوز و ریختنی‌ها → گرافیت با پایداری حرارتی و ذوب‌نشدن در محدودهٔ کاری، و خاکستر پذیرفته‌شده براساس آلیاژ.

۷) فرآوری‌های تکمیلی و افزودنی‌ها

• فرآوری سطح (surface treatments): اسیله کردن با اسید، پوشش‌های سلیکاتی یا فلوروپلیمری برای بهبود توزیع در ماتریس‌های پلیمری یا افزایش سازگاری با روغن.

• اکسپندد گرافیت: برای تولید گسکت‌ها و محافظ‌ها؛ از گرافیت اکسیدی با گرمایش ناگهانی ساخته می‌شود.

• گرافن/گرافیت اکساید: برای کاربردهای نانو؛ مسیرها شامل اکسیداسیون (Hummers و مشتقات) و لایه‌برداری است — توجه به ایمنی و مدیریت پسماند شیمیایی.

۸) مسائل زیست‌محیطی، ایمنی و حمل‌ونقل

• گرد گرافیت: استنشاق ذرات ریز می‌تواند مشکل‌ساز باشد (پروتکل‌های کنترل گرد و غبار، ماسک‌های مناسب).

• فرآوری شیمیایی: استفاده از اسیدهای قوی (HF, H2SO4, KMnO4) نیازمند تجهیزات و مقررات ایمنی، خنثی‌سازی پسماند و کنترل انتشار.

• گرافیت قابل احتراق نیست در شرایط معمول اما در ترکیب با گرد و جرقه در محیط‌های خاص می‌تواند خطرناک باشد — مدیریت انفجار گرد (dust explosion) در انبارها اهمیت دارد.

۹) معیارهای قرارداد/خرید (نمونه‌ای از Spec که باید در قرارداد باشد)

• Fixed carbon (on dry basis) ≥ X%

• Ash ≤ Y%

• Moisture ≤ Z%

• Particle size distribution: d50 = A µm, d90 ≤ B µm

• BET surface area ≤/≥ C m²/g

• Elemental impurities (Fe, Si, Al, Ca, Mg) — هرکدام ≤ ppm مشخص

• روش تولید (natural flake vs synthetic) و گرید تجاری

• بسته‌بندی، رطوبت، شرایط حمل و گارانتی کیفیت (COA, batch-to-batch variance limits).

۱۰) آزمون‌های کلیدی که برای توسعه دانش/آزمایشگاه لازم دارید

• XRD و Raman برای شناخت بلورینگی

• SEM برای شکل و مورفولوژی

• BET برای سطح ویژه

• PSD لیزری برای توزیع ذرات

• ICP-OES برای ناخالصی‌های فلزی

• TGA/DSC برای پایداری حرارتی و محتویات فرّار

• آزمون‌های اصطکاک و سایش (برای روانکاری): Four-ball wear, pin-on-disk.