Ideal für individuelle Lösungen

Kohlenstoff – ein Element, viele Varianten

Wir bei Graphite Materials haben den Anspruch, immer die beste Lösung für unsere Kunden zu entwickeln. Eine wichtige Komponente dabei ist die Auswahl des optimalen Materials für die jeweilige Anforderung. Unsere Graphite People unterstützen Sie gerne bei der Auswahl der geeigneten Qualitäten.

Graphit

Graphit ist neben Diamant eine der natürlichen Modifikationen des chemischen Elements Kohlenstoff (C) und zeichnet sich durch seine typische hexagonale Kristallstruktur aus. Neben natürlichem Graphit gibt es synthetische Varianten, die durch spezielle Herstellungsverfahren erzeugt und in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt werden.

Synthetischer Graphit entsteht durch das Verkoken und anschließende Graphitieren von Kohlenstoffen (z. B. Koks). Dabei werden grobkörnige Kokse gemahlen und mit Bindemitteln (z.B. Pech) gemischt. Die Formgebung erfolgt durch Verfahren wie Strangpressen, Vibrationsverdichten oder isostatisches Pressen. Das Material weist die charakteristische hexagonale Kristallstruktur auf.

Die Formgebungsverfahren bestimmen die Eigenschaften der verschiedenen Graphittypen:

Extrudierter Graphit
Wird im Strangpressverfahren zu Rund- oder Viereckformaten geformt. Die maximale Korngröße beträgt 0,8 mm, und die Materialeigenschaften sind richtungsabhängig (anisotrop).

Vibrationsverdichteter Graphit
Durch Vibration und uniaxialen Druck entstehen runde oder rechteckige Formate. Die Korngröße liegt bei 0,3-0,5 mm, und die Eigenschaften sind weitgehend richtungsunabhängig (isotrop).

Isostatischer Graphit (Iso-Graphit)
Wird in einer kaltisostatischen Presse (CIP) aus besonders feinkörnigem Pulver (15-30 µm) verdichtet. Diese Methode erzeugt ein isotropes Eigenschaftsprofil mit hoher Biegefestigkeit (ca. 50 MPa) und einem hohen Reinheitsgrad.

Alle Varianten von synthetischem Graphit teilen grundlegende Eigenschaften:

  • Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit
  • Hervorragende thermische und chemische Beständigkeit
  • Hohe Thermoschockbeständigkeit
  • Mittlere Biegefestigkeit bei extrudiertem und vibrationsverdichtetem Graphit (~20 MPa)
  • Höhere Biegefestigkeit bei Iso-Graphit (~50 MPa)

Die vielseitigen Eigenschaften machen synthetischen Graphit ideal für zahlreiche industrielle Anwendungen, insbesondere im Ofenbau, der Metallurgie sowie der Glas-, Keramik- und Halbleiterherstellung.

Ofenbau

  • Widerstandsheizungen
  • Stützbalken
  • Anschlussbrücken
  • Stromanschlüsse

Metallurgie

  • Tiegel für Schmelzprozesse
  • Stranggussformen

Glas- und Keramikindustrie

Halbleiter- und LED-Herstellung

  • Hochreine Bauteile für empfindliche Prozesse
  •  
Graphite Materials Materialien Graphit
Graphite Materials Materialien CFC Befestigungselemente

CFC

Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff (CFC) ist ein hochfester Verbundwerkstoff, der aus Kohlenstofffasern besteht, die in eine Kohlenstoff- oder Graphitmatrix eingebettet sind. Dieses Material zeichnet sich durch außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, hohe Temperaturbeständigkeit und geringe thermische Ausdehnung aus.

Die Vielfalt an CFC-Materialien ergibt sich aus unterschiedlichen Kohlenstofffaser-Typen, der Verarbeitung zu Gelegen oder Geweben sowie der Wahl der Matrix.

Die Produktion von CFC erfolgt in mehreren Schritten:

  1. Faserherstellung: Kohlenstofffasern werden aus organischen Vorläufern wie Polyacrylnitril (PAN) durch Pyrolyse gewonnen
  2. Einbettung in die Matrix: Das Gewebe wird mit ausgewählten Harzen  imprägniert (Prepreg) und ausgehärtet
  3. Hochtemperaturbehandlung: Nach der Aushärtung wird das Material hohen Temperaturen ausgesetzt, um die endgültige Kohlenstoffstruktur zu erzielen

Die Formgebung erfolgt durch Verfahren wie Handlaminieren, Warmpressen oder Wickeln für Platten und Rohre. Präzise Formteile können durch CNC-Bearbeitung oder andere mechanische Verfahren hergestellt werden.

  • Hohe Festigkeit und Steifigkeit: Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit und Steifigkeit zu Gewicht, ideal für leichte und stabile Bauteile
  • Thermoschockbeständigkeit: Widersteht extremen Temperaturwechseln, z. B. bei Wärmebehandlungen von Stählen
  • Geringe Wärmeausdehnung: Behält Form und Dimensionen auch bei starken Temperaturänderungen bei
Das Eigenschaftsprofil macht CFC besonders geeignet für Hochtemperaturprozesse wie:
  • Herstellung von Halbleitermaterialien (z. B. Silizium, Siliziumkarbid)
  • Wärmebehandlung von Stählen (Härten, Vergüten, Glühen)
  • Hartlöten von Keramik-Metall-Verbindungen
  • Sintern von Hartmetallen und technischen Keramiken
CFC wird in Industrien wie Automobil, Elektronik, Energie, Chemie, Luft- und Raumfahrt, Ofen- und Anlagenbau sowie Werkzeugbau eingesetzt. Typische Anwendungen umfassen Chargiersysteme, Strukturbauteile und Heizsysteme.

Weichfilze

Kohlenstoff- und Graphitweichfilze bestehen aus Kohlenstofffasern und zeichnen sich durch außergewöhnliche thermische, elektrische und chemische Eigenschaften aus.

Sie sind vielseitig einsetzbar und besonders für Hochtemperatur- und Spezialanwendungen geeignet.

Die Herstellung erfolgt in mehreren Schritten:

  1. Faservorbereitung: Ausgangsmaterialien wie Polyacrylnitril (PAN), Rayon oder Pech werden zu Fasern verarbeitet und in einem Filzprozess zu Bahnen mit variabler Breite, Dicke und Länge geformt
  2. Voroxidation: Die Filze werden erhitzt, um sie thermisch zu stabilisieren.
  3. Karbonisierung: Bei 800-1.600 °C in einer sauerstofffreien Atmosphäre werden nicht-kohlenstoffhaltige Bestandteile entfernt, wodurch Kohlenstofffilz entsteht
  4. Graphitierung: Für Graphitfilz wird der Kohlenstofffilz auf über 2.000 °C erhitzt, wodurch eine graphitähnliche Struktur entsteht
  5. Formgebung: Der Filz wird durch Schneiden, Nadeln oder Imprägnieren an die gewünschten Maße angepasst
  • Thermische Stabilität: Kohlenstofffilz ist bis 1.400 °C stabil; Graphitfilz hält Temperaturen bis 3.000 °C in Schutzatmosphären stand
  • Geringe Wärmeleitfähigkeit: Beide Materialien minimieren Wärmeverluste und sind aufgrund ihrer geringen Dichte gut evakuierbar
  • Hohe Reinheit: Ein geringer Asche- und Schwefelgehalt macht sie ideal für hochreine Anwendungen
  • Chemische Beständigkeit: Resistent gegen aggressive Medien und korrosive Substanzen
  • Flexibilität und Formbarkeit: Einfach zuzuschneiden und an spezifische Anforderungen anzupassen
  • Elektrische Leitfähigkeit: Graphitfilz bietet eine gute elektrische Leitfähigkeit
Die einzigartigen Eigenschaften ermöglichen den Einsatz in zahlreichen Bereichen:
  • Thermische Isolierung: In Hochtemperaturöfen, Schmelztiegeln und Reaktoren unter Vakuum oder sauerstofffreier Atmosphäre
  • Energiespeicherung: Als Elektrodenschichten in Redox-Flow-Batterien und Brennstoffzellen
  • Halbleiterindustrie: Isolationsmaterial für die Herstellung von Silizium- und Siliziumkarbid-Einkristallen
  • Chemische Industrie: Filtermaterial für hochreine chemische Reagenzien oder korrosive Flüssigkeiten
Graphite Materials Materialien Weichfilz
Graphite Materials Materialien Hartfilz

Hartfilze

Hartfilze sind formstabile Isolationsmaterialien aus Kohlenstofffasern, die sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen.

Sie sind speziell für Anwendungen in sauerstofffreien Atmosphären und Vakuumumgebungen bei Temperaturen über 800 °C geeignet.

Die Herstellung von Hartfilz erfolgt in mehreren Schritten:

  1. Materialmischung: Fasergemenge werden mit Bindemitteln wie Phenolharzen vermischt
  2. Pressen: Die Mischung wird unter Druck in die gewünschte Form gepresst
  3. Hochtemperaturbehandlung: Nach dem Pressen wird der Formkörper bei Temperaturen bis zu 2.200 °C thermisch behandelt, wodurch die endgültige Struktur entsteht

Das Bindemittel sorgt für eine zuverlässige Fixierung der Fasern im Material. Hartfilze werden üblicherweise als Platten, Blöcke oder Zylinder hergestellt, können jedoch durch mechanische Bearbeitung in andere Geometrien gebracht werden.

Zur Verbesserung der Oberflächenbeständigkeit können Graphit-Coatings, CFC-Gewebe oder Graphitfolie aufgebracht werden, um den Filz vor mechanischen Schäden oder chemischen Angriffen zu schützen.

Hartfilze teilen viele Eigenschaften mit Weichfilzen, weisen jedoch zusätzliche Vorteile auf:

  • Thermische Stabilität: Geeignet für Hochtemperaturanwendungen bis 3.000 °C
    Geringe Wärmeleitfähigkeit: Effektive Isolierung bei hohen Temperaturen
  • Formstabilität: Behalten ihre Form auch unter thermischen und mechanischen Belastungen
  • Bearbeitbarkeit: Leicht anpassbar durch mechanische Bearbeitung
  • Verbundaufbau: Kombination mit CFC-Gewebe und Graphitfolie ermöglicht optimierte Isolationslösungen
Hartfilze werden vor allem in Hochtemperaturprozessen eingesetzt, insbesondere in:
  • Halbleiterindustrie: Wärmeisolation in Vakuumöfen zur Herstellung von Siliziumkarbid (SiC)-Einkristallen
  • Pulvermetallurgie: Drucksintern von Hartmetallen
  • Industrielle Wärmebehandlung: Härten, Vergüten, Sintern und Löten von Metallen
  • Ofentechnik: Widerstands- oder induktiv beheizte Vakuum- und Schutzgasöfen

Graphitfolie

Graphitfolie ist ein Material, welches aus Naturgraphit hergestellt wird. Der flockenförmige Rohstoff wird nach einer intensiven Reinigung thermisch behandelt und anschließend zu Folien oder Platten gewalzt.

Diese Formverdichtung erzeugt eine anisotrope Struktur mit richtungsabhängigen Eigenschaften.

Graphitfolie ist flexibel, komprimierbar und lässt sich leicht schneiden, stanzen oder prägen. Sie kann auch mit anderen Materialien durch Walzen oder Kleben zu Verbundwerkstoffen mit verbesserten Eigenschaften kombiniert werden.

  • Hohe thermische Leitfähigkeit: Effiziente Wärmeableitung, ideal für Elektronikanwendungen
  • Hohe elektrische Leitfähigkeit: Geeignet für elektrische und elektronische Anwendungen
  • Flexibilität: Dünn und anpassungsfähig, leicht in verschiedene Designs integrierbar, ideal für Dichtungen durch Komprimierbarkeit und Rückfederung
  • Chemische Beständigkeit: Widersteht hohen Temperaturen und aggressiven Chemikalien
  • Hohe Strahlungsbeständigkeit: Reflektiert Wärmestrahlung, was sie für die Wärmeisolation bei hohen Temperaturen prädestiniert
Graphite Materials Materialien Graphit Folie