Vải nỉ than chì được chia thành ba loại: vải nỉ than chì gốc nhựa đường, vải nỉ than chì gốc polyacrylonitrile (PAN) và vải nỉ than chì gốc viscose do nguyên liệu thô khác nhau được sử dụng. Công dụng chính của nó là vật liệu giữ nhiệt và cách nhiệt cho lò luyện silicon đơn tinh thể. Trong ngành công nghiệp hóa chất, nó có thể được sử dụng làm vật liệu lọc cho các hóa chất ăn mòn có độ tinh khiết cao.
Vải nỉ carbon được xử lý ở nhiệt độ cao hơn 2000°C trong môi trường chân không hoặc khí trơ để trở thành vải nỉ than chì. Hàm lượng carbon của nó cao hơn vải nỉ carbon, đạt hơn 99%. Vào cuối những năm 1960, các sản phẩm vải nỉ than chì đã có mặt trên thế giới. Vải nỉ than chì được chia thành ba loại: vải nỉ than chì gốc nhựa đường, vải nỉ than chì gốc polyacrylonitrile và vải nỉ than chì gốc viscose do nguyên liệu vải nỉ khác nhau được sử dụng.
Trong số đó, nhựa đường, đại diện bởi công ty Kureha Chemical của Nhật Bản, là loại vật liệu chủ đạo trong ngành công nghiệp cách nhiệt. Vải nỉ cách nhiệt của châu Âu và Mỹ chủ yếu dựa trên viscose, trong khi hầu hết các loại trong nước dựa trên polyacrylonitrile. Quy trình: Cắt vải nỉ carbon gốc polyacrylonitrile hoặc vải nỉ carbon gốc viscose thành kích thước cần thiết, cuộn thành hình trụ và đặt vào thùng chứa làm bằng vật liệu than chì, đặt thùng chứa than chì vào lò nung nhiệt độ cao (lò nung nhiệt độ cao là lò nung ống than chì, lò nung cảm ứng tần số trung bình, tần số cao hoặc các loại lò nung nhiệt độ cao khác có hình dạng gia nhiệt), và sử dụng chân không hoặc khí trơ tinh khiết cao để bảo vệ, nung nóng đến 2200-2500℃ với tốc độ gia nhiệt 100-300℃/giờ, sau đó làm nguội tự nhiên đến 100℃.
Vải nỉ than chì gốc polyacrylonitrile bền hơn và có khả năng chống oxy hóa mạnh hơn so với vải nỉ than chì gốc viscose, nhưng lại kém linh hoạt, có mật độ thể tích cao và hiệu suất cách nhiệt tốt. Ngoài các đặc tính tinh khiết cao, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và không nóng chảy của than chì khối, chúng còn có ưu điểm về độ đàn hồi, có thể gấp, cắt và khâu tùy ý với sợi than chì. Công dụng chính của vải nỉ than chì là làm vật liệu cách nhiệt cho lò luyện silicon đơn tinh thể. Trong ngành công nghiệp hóa chất, nó có thể được sử dụng làm vật liệu lọc cho các chất phản ứng hóa học ăn mòn có độ tinh khiết cao. Vải nỉ than chì có thể được sử dụng ở nhiệt độ khoảng 3000°C trong điều kiện môi trường không oxy hóa.
Các đặc tính chính của nỉ than chì
1. Độ dẫn điện
Tính dẫn điện của nỉ than chì đến từ cấu trúc vi mô của nó, được cấu tạo từ các sợi than chì, và bản thân than chì là một vật liệu dẫn điện tuyệt vời. Nỉ than chì có thể dẫn điện trong điều kiện điện trở thấp, vì vậy nó rất phổ biến trong các ứng dụng điện hóa.
2. Khả năng chịu nhiệt độ cao
Vải nỉ than chì có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời và thường ổn định trong môi trường nhiệt độ cao trên 2000°C. Trong môi trường chân không hoặc khí trơ, nhiệt độ chịu oxy hóa của nó thậm chí còn cao hơn. Do đó, việc ứng dụng vải nỉ than chì trong các lĩnh vực nhiệt độ cao đặc biệt quan trọng, chẳng hạn như vật liệu cách nhiệt chịu nhiệt độ cao hoặc lớp lót lò xử lý nhiệt.
3. Độ ổn định hóa học
Vải nỉ than chì có khả năng chống ăn mòn hóa học tuyệt vời và có thể duy trì ổn định trong môi trường axit, kiềm hoặc các môi trường ăn mòn hóa học khác. Đặc biệt trong môi trường axit mạnh như axit sulfuric và axit hydrofluoric, khả năng chống ăn mòn của nó cho phép sử dụng trong nhiều lò phản ứng hóa học và bể chứa khác nhau.
4. Mật độ thấp và độ xốp cao Vải nỉ than chì thường có mật độ thấp và độ xốp cao, giúp nó rất nhẹ, đồng thời có khả năng thấm khí và hấp phụ tốt. Cấu trúc độ xốp cao cung cấp cho vải nỉ than chì diện tích bề mặt riêng lớn, hỗ trợ quá trình vận chuyển electron và trao đổi vật chất trong các phản ứng điện hóa.
5. Khả năng cách nhiệt tốt Cấu trúc xốp của nỉ than chì mang lại hiệu quả cách nhiệt tuyệt vời, đặc biệt trong môi trường nhiệt độ cao; độ dẫn nhiệt thấp của nó có thể giảm thiểu sự truyền nhiệt một cách hiệu quả. Nỉ than chì thường được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ trong thiết bị hoặc hệ thống.
6. Tính linh hoạt về mặt cơ học Mặc dù than chì là một vật liệu giòn, cấu trúc dạng nỉ của than chì lại mang đến tính linh hoạt cơ học tương đối. Nó có thể được gia công thành nhiều hình dạng và kích thước khác nhau để phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau. Đồng thời, tính linh hoạt của nó cũng làm cho nó thích hợp để sử dụng kết hợp với các vật liệu khác.
| Hàm lượng carbon |
% |
99 |
| Tro |
% |
0,1 |
| Mật độ cơ thể |
g/cm³ |
0,1 |
| Diện tích bề mặt riêng |
m²/g |
2,648 |
| Tốc độ rụng lông nỉ |
mg/g nỉ trên mỗi gam |
1,95 |
| Tốc độ oxy hóa |
Giảm cân/giờ ở 600°C trong không khí |
0,6 |
| Độ xốp |
% |
95 |
| Điện trở tấm |
Ω∙cm ² |
0,1 |
| Dung sai độ dày |
mm |
±7,5% |
| Hiệu quả năng lượng |
Chủ yếu dựa trên thử nghiệm hiệu năng của từng cell riêng lẻ, 80mA/cm². ² |
87% |
| Hiệu suất điện áp |
80mA/cm ² |
85% |
Các ứng dụng chính của nỉ than chì
1. Ứng dụng điện hóa Vải nỉ than chì được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện hóa học, đặc biệt là trong pin nhiên liệu, tế bào điện phân, siêu tụ điện và các thiết bị khác: Điện cực pin nhiên liệu: Trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton, vải nỉ than chì có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực. Nhờ độ dẫn điện cao và khả năng khuếch tán khí, nó có thể thúc đẩy hiệu quả sự truyền dẫn và phản ứng điện hóa của hydro hoặc oxy. Tế bào điện phân: Vải nỉ than chì được sử dụng làm vật liệu catốt hoặc anốt trong một số ứng dụng điện phân. Độ dẫn điện và độ ổn định hóa học của nó đảm bảo hiệu quả cao và độ bền của quá trình điện phân. Siêu tụ điện: Nhờ diện tích bề mặt riêng lớn và tính chất dẫn điện, vải nỉ than chì cũng được sử dụng làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện để giúp đạt được hiệu quả lưu trữ năng lượng cao.
2. Lĩnh vực xử lý nhiệt độ cao Vải nỉ than chì thường được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong lò nung nhiệt độ cao nhờ khả năng chịu nhiệt và cách nhiệt tuyệt vời: Lớp lót lò nung nhiệt độ cao: Vải nỉ than chì được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong lò chân không hoặc lò xử lý nhiệt độ cao, có thể cung cấp khả năng chắn nhiệt hiệu quả ở nhiệt độ cao để ngăn ngừa thất thoát nhiệt. Lò nuôi cấy tinh thể: Trong quá trình sản xuất các vật liệu có độ tinh khiết cao như silicon đơn tinh thể, vải nỉ than chì thường được sử dụng làm lớp cách nhiệt để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ trong quá trình nuôi cấy tinh thể.
3. Chống ăn mòn và lọc Khả năng chống ăn mòn và khả năng hấp phụ tốt của nỉ than chì khiến nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa học và môi trường: Lọc khí ăn mòn: Nhờ khả năng kháng hóa chất và độ xốp cao, nỉ than chì có thể lọc và làm sạch khí hoặc chất lỏng ăn mòn, chẳng hạn như để hấp phụ và lọc khí axit sulfuric. Lót lò phản ứng hóa học: Nỉ than chì có thể được sử dụng làm vật liệu lót cho các thùng chứa hoặc lò phản ứng trong một số môi trường ăn mòn cao để đóng vai trò chống ăn mòn và bảo vệ.
4. Hàng không vũ trụ Vải nỉ than chì được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và cách nhiệt tốt. Nó chủ yếu được sử dụng làm lớp cách nhiệt và vật liệu bảo vệ nhiệt độ cao trong động cơ tên lửa, vệ tinh và tàu vũ trụ.
5. Năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng Tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao của nỉ than chì khiến nó được sử dụng rộng rãi trong việc khai thác nhiệt năng lượng mặt trời và các hệ thống lưu trữ năng lượng. Ví dụ, nỉ than chì có thể được sử dụng làm vật liệu hấp thụ nhiệt trong các bộ thu năng lượng mặt trời và cũng có thể được sử dụng làm lớp dẫn điện trong các thiết bị lưu trữ năng lượng.
6. Lĩnh vực năng lượng hạt nhân Vải nỉ than chì cũng được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân như một chất phản xạ neutron nhiệt và vật liệu cách nhiệt chịu nhiệt độ cao để đảm bảo sự ổn định và an toàn trong vận hành lò phản ứng.
