Idéal pour les solutions personnalisées

Le carbone - un élément, de multiples variantes

Chez Graphite Materials, notre engagement est simple : trouver la meilleure solution pour chaque client.
Nos Graphite People vous guident dans le choix du matériau idéal pour vos besoins.

Graphite

Le graphite, tout comme le diamant, est l’une des modifications naturelles de l’élément chimique carbone (C), et se distingue par sa structure cristalline hexagonale caractéristique.
Outre le graphite naturel, il existe des variantes synthétiques, produites par des procédés de fabrication spécifiques et utilisées dans de nombreuses applications industrielles.

Le graphite synthétique est obtenu par la cokéfaction puis la graphitation de carbones (par ex. le coke).
Dans ce procédé, des cokes grossiers sont broyés puis mélangés à des liants (par ex. le brai).
La mise en forme s’effectue par des procédés tels que l’extrusion, le compactage par vibration ou le pressage isostatique.
Le matériau présente la structure cristalline hexagonale caractéristique.

Les procédés de mise en forme déterminent les propriétés des différents types de graphite :

Graphite extrudé
Obtenu par extrusion en formats ronds ou carrés, la taille maximale des grains est de 0,8 mm, et les propriétés du matériau dépendent de la direction (anisotropes).

Graphite compacté par vibration
La vibration et la pression uniaxiale produisent des formats ronds ou rectangulaires. La taille des grains est de 0,3 à 0,5 mm et les propriétés sont largement indépendantes de la direction (isotrope).

Graphite isostatique (iso-graphite)
Compacté dans une presse isostatique à froid (CIP) à partir d’une poudre à grain particulièrement fin (15-30 µm). Cette méthode produit un profil de propriétés isotropes avec une résistance à la flexion élevée (environ 50 MPa) et un haut degré de pureté.

Toutes les variantes de graphite synthétique partagent des propriétés fondamentales :

  • Haute conductivité thermique et électrique
  • Excellente résistance thermique et chimique
  • Haute Résistance aux chocs thermiques
  • Résistance à la flexion moyenne (~20 MPa) pour le graphite extrudé et compacté par vibration
  • Résistance plus élevée (~50 MPa) pour le graphite isostatique (iso-graphite)
Les propriétés polyvalentes du graphite synthétique en font un matériau idéal pour de nombreuses applications industrielles, notamment dans la construction de fours, la métallurgie et la fabrication de verre, de céramique et de semi-conducteurs. Construction de fours
  • Chauffages par résistance
  • Poutre de soutien
  • Barres de connexion
  • Raccordements électriques
Métallurgie
  • Creuset pour les procédés de fusion
  • Moules de coulée continue
Industrie du verre et de la céramique Fabrication de semi-conducteurs et de LED
  • Composants ultra-purs pour les procédés sensibles
Graphite Materials Matériaux Graphite
Graphite Materials Matériaux CFC Éléments de fixation

CFC (composite carbone-carbone)

Le CFC (composite carbone-carbone) est un matériau composite à haute résistance constitué de fibres de carbone intégrées dans une matrice de carbone ou de graphite.
Il se distingue par ses propriétés mécaniques exceptionnelles, sa résistance élevée aux hautes températures et sa faible dilatation thermique.

La diversité des matériaux en CFC résulte des différents types de fibres de carbone, de leur transformation en nappes ou tissus de fibres, ainsi que du choix de la matrice.

La production de CFC s’effectue en plusieurs étapes :

  1. Production de fibres : Les fibres de carbone sont obtenues par pyrolyse à partir de précurseurs organiques tels que le polyacrylonitrile (PAN).
  2. Incorporation dans la matrice : Le tissu est imprégné de résines sélectionnées (préimprégné) puis durci.
  3. Traitement à haute température : après durcissement, le matériau est soumis à des températures élevées afin de développer sa structure carbonée définitive.

La mise en forme s’effectue par des procédés tels que le laminage manuel, le pressage à chaud ou l’enroulement, pour la réalisation de plaques et de tubes.
Des pièces de haute précision sont obtenues par usinage CNC ou par d’autres procédés mécaniques.

  • Haute résistance et rigidité : un rapport résistance/poids optimal, pour des composants à la fois légers et stables.
  • Résistance aux chocs thermiques : adaptée aux variations de température extrêmes, notamment dans le traitement thermique des aciers.
  • Faible dilatation thermique : conserve sa forme et ses dimensions même en cas de fortes variations de température.
Le profil de propriétés rend le CFC particulièrement adapté aux procédés à haute température tels que :
  • Fabrication de matériaux semi-conducteurs (par ex : silicium et carbure de silicium).
  • Traitement thermique des aciers (trempe, revenu, recuit)
  • Brasage d’assemblages céramique-métal
  • Frittage de carbures métalliques et de céramiques techniques
Le CFC est utilisé dans des industries telles que l’automobile, l’électronique, l’énergie, la chimie, l’aérospatiale, la construction de fours et d’équipements, et la fabrication d’outils. Les applications les plus courantes comprennent les châssis de charge métalliques les composants structurels et les systèmes de chauffage.

Feutres souples

Les feutres souples en carbone et graphite sont composés de fibres de carbone et se caractérisent par des propriétés thermiques, électriques et chimiques exceptionnelles.

Ils sont polyvalents et particulièrement adaptés aux applications à haute température et aux applications spécifiques.

La fabrication se fait en plusieurs étapes :

  1. Préparation des fibres : Les matériaux de base tels que le polyacrylonitrile (PAN), la rayonne ou la poix sont transformés en fibres, puis façonnées selon un procédé de feutrage pour former des bandes de largeur, d’épaisseur et de longueur variables.
  2. La pré-oxydation : Les feutres sont chauffés afin de les stabiliser thermiquement.
  3. La carbonisation : à une température comprise entre 800 et 1 600 °C dans une atmosphère dépourvue d’oxygène, les composants non carbonés sont éliminés, ce qui donne naissance à un feutre de carbone.
  4. La graphitisation : pour obtenir du feutre graphité, le feutre de carbone est chauffé à plus de 2 000 °C, ce qui lui confère une structure similaire à celle du graphite.
  5. Mise en forme : le feutre est découpé, aiguilleté ou imprégné pour obtenir les dimensions souhaitées.
  • Stabilité thermique : le feutre de carbone est stable jusqu’à 1 400 °C ; le feutre de graphite résiste à des températures allant jusqu’à 3 000 °C dans des atmosphères protectrices.
  • Faible conductivité thermique : les deux matériaux minimisent les pertes de chaleur et sont faciles à évacuer grâce à leur faible densité.
  • Une grande pureté : une faible teneur en cendres et en soufre les rend idéales pour les applications de haute pureté.
  • Résistance chimique : résistant aux milieux agressifs et aux substances corrosives.
  • Flexibilité et malléabilité : facile à découper et à adapter à des exigences spécifiques.
  • Conductivité électrique : le feutre de graphite offre une bonne conductivité électrique.
Ses caractéristiques uniques lui permettent d’être utilisé dans de nombreux domaines :
  • Isolation thermique : Dans les fours à haute température, les creusets et les réacteurs sous vide ou sous atmosphère exempte d’oxygène.
  • Stockage d’énergie : sous forme de couches d’électrodes dans les batteries redox à flux et les piles à combustible.
  • Industrie des semi-conducteurs : matériau isolant pour la fabrication de monocristaux de silicium et de carbure de silicium.
  • Industrie chimique : matériau flitrant pour réactifs chimiques de haute pureté ou liquides corrosifs.
Graphite Materials Matériaux Feutre souple
Graphite Materials Matériaux Feutre dur

Feutres rigides

Les feutres rigides sont des matériaux isolants indéformables en fibres de carbone, qui se caractérisent par une faible conductivité thermique et une résistance élevée à la température.

Ils sont spécialement adaptés aux applications dans des atmosphères exemptes d’oxygène et des environnements sous vide à des températures supérieures à 800 °C.

La fabrication du feutre rigide se fait en plusieurs étapes :

  1. Mélange de matériaux : les mélanges de fibres sont mélangés à des liants tels que des résines phénoliques.
  2. Le pressage : Le mélange est pressé sous pression dans la forme souhaitée.
  3. Traitement à haute température : après le pressage, la pièce mise en forme est traitée thermiquement à des températures allant jusqu’à 2 200 °C, ce qui permet de développer sa structure définitive.

Le site liant assure une fixation fiable des fibres dans le matériau. Les feutres durs sont généralement fabriqués sous forme de plaques, de blocs ou de cylindres, mais peuvent être transformés en d’autres géométries par usinage mécanique.

Pour améliorer la résistance de surface, des revêtements en graphite, des tissus en CFC ou des feuilles de graphite peuvent être appliqués afin de protéger le feutre contre les dommages mécaniques ou les attaques chimiques.

Les feutres rigides partagent de nombreuses propriétés avec les feutres souples, mais présentent des avantages supplémentaires :

  • Stabilité thermique : adapté aux applications à haute température jusqu’à 3 000 °C
    Faible conductivité thermique : isolation efficace à haute température
  • Stabilité dimensionnelle : Conservent leur forme même sous des contraintes thermiques et mécaniques
  • Usinabilité : Facilement adaptable par usinage mécanique
  • Structure composite : la combinaison avec des tissus en CFC et des feuilles de graphite permet de réaliser des solutions d’isolation optimisées.
Les feutres rigides sont principalement utilisés dans les procédés à haute température, en particulier dans :
  • Industrie des semi-conducteurs : isolation thermique dans les fours à vide pour la production de monocristaux de carbure de silicium (SiC)
  • Métallurgie des poudres : frittage sous pression de carbures métalliques
  • Traitement thermique industriel : trempe, revenu, frittage et brasage de métaux
  • Technologie des fours : fours à vide ou à gaz protecteur chauffés par résistance ou par induction

Feuille de graphite

Le film de graphite est un matériau composé de graphite naturel est fabriqué à partir de graphite. Après un nettoyage intensif, la matière première en flocons est traitée thermiquement, puis laminée en feuilles ou en plaques.

Cette compaction de forme génère une structure anisotrope avec des propriétés dépendantes de la direction.

La feuille de graphite est flexible, compressible et se laisse facilement découper, poinçonner ou embosser.
Elle peut également être combinée à d’autres matériaux, par laminage ou collage, pour former des composites aux propriétés améliorées.

  • Haute conductivité thermique : Dissipation efficace de la chaleur, idéale pour les applications électroniques
  • Haute conductivité électrique : Convient aux applications électriques et électroniques
  • Flexibilité : fine et adaptable, facilement intégrable dans différents designs, idéale pour les joints grâce à sa compressibilité et son effet ressort.
  • Résistance chimique : supporte des températures élevées et des produits chimiques agressifs.
  • Haute résistance au rayonnement : réfléchit le rayonnement thermique, ce qui la prédispose à l’isolation thermique à haute température.
Graphite Materials Matériaux Graphite Film