Los materiales de carbón y grafito se fabrican conforme a métodos basados en la tecnología cerámica clásica. La materia prima, que puede ser coque de petróleo, hulla o grafito, se mezcla a altas temperaturas con un aglomerante termoplástico. Si quieres más información sobre la fabricación del Grafito entra en http://www.carbosystem.com/m_graphite.html

1. Fabricación y propiedades
de materiales en Carbón - Grafito

2. Los materiales de carbón y con un aglomerante metálicos. Así por ejemplo, es
grafito se fabrican conforme a termoplástico. Éste puede ser característica la tradicional
métodos basados en la brea de base de petróleo o de utilización de polvo de cobre
tecnología cerámica clásica. La alquitrán de hulla, así como para la fabricación de escobillas
materia prima, que en este caso resinas artificiales. Además, se de carbón para motores de baja
puede ser coque de petróleo, pueden lograr toda una serie de tensión.
coque de brea, hulla o grafito de c a ra c ter í st i c a s es pec i a l e s
una determinada granulometría, añadiendo también a la mezcla
se mezcla a altas temperaturas aditivos minerales o polvos
Preparación y mezcla de los cargas con diferentes grados de material a grafitar entre dos
materiales calentamiento, temperaturas electrodos y se conecta como una
máximas (hasta 1200 ºC/2190 ºF) re si ste nci a en el circui to
La p r e p a r a c i ó n y m e z c l a d e y atmósfera del horno. secundario de un transformador,
materiales se rea l i z a alcanzándose así la temperatura
preferentemente en procesos Durante el proceso de recocido de grafitado por calentamiento
continuos asistidos p o r tiene lugar la pirólisis, es decir, la por resistencia.
ordenador. La granulometría de descomposición del aglomerante
los materiales a preparar se en componentes volátiles y Durante este proceso se forman
supervisa mediante análisis de carbón. Este "coque por recristalización superficies
difracción por láser, en la mayoría aglomerante" es el que asegura la grafitadas cuyas propiedades
de los casos durante el mismo integridad del bloque moldeado son las que caracterizan el
funcionamiento del proceso. y recocido. material graf itado, que se
denomina electrografito.
El proceso de mezcla se realiza Después del proceso de recocido
en extrusionadoras de dos aún no existe una estructura de En comparación a los materiales
hélices conforme a parámetros gr a f i to c o n t i n u a e n e sto s no grafitados, el electrografito
muy específicos que regulan el bloques, que son frágiles, y que tiene generalmente buenas
caudal del material, l a por norma general presentan una propiedades deslizantes, baja
configuración de las hélices y el d u r e z a y u n a re si ste n c i a resistividad eléctrica, mayor
perfil de temperatura. mecánica muy alta. En esta etapa, conductividad térmica y una
el material se denomina “carbón- re s i ste n c i a a l a c o r ro s i ó n
Conformación grafito” o "carbón duro". Posee en mejorada. Se utiliza para
esta fase propiedades idóneas aplicaciones que requieren buen
Cuando la mezcla está lista, se para cierto tipo de aplicaciones deslizamiento, alta resistencia a
comprime en las prensas de mecánicas, como por ejemplo la corrosión química y gran
m o l d e , i s o s t á t i c a s o de para anillos deslizantes y resistencia al choque térmico así
extrusión, formando bloques no cojinetes para cierres como en las que la alta pureza es
sinterizados conocidos como mecánicos. un requisito especial o en
combinación con otras
piezas en verde. Este proceso se Grafitado propiedades.
pu ed e hac er en frío o a
temperaturas muy elevadas y la El proceso de grafitación es un Los hornos de grafitado de calor
presión puede variar de 2 - 400 segundo tratamiento térmico en inductivo o al vacío se utilizan
Mpa. el que se somete al bloque hasta especialmente con frecuencia
los 3000 ºC, proceso que le para los materiales de carbón de
Recocido confiere las propiedades máxima pureza o para los
grafíticas necesarias para reforzados con fibras de carbón
A continuación el material se múltiples aplicaciones. (CFC, CFRC o C/C).
introduce en el horno de
recocido. Dependiendo de la
calidad, dimensiones y las este proceso se lleva a cabo
características deseadas, el fundamentalmente según el
proceso de recocido se lleva a procedimiento de Acheson,
cabo en hornos continuos o de según el cual se introduce el

3. El proceso de fabricación de los □ preparación de la materia □ grafitado ( solo para la
materiales de carbón y grafito prima producción de electrografito)
contiene los siguientes pasos: □ mezcla □ tratamientos especiales
□ conformación como impregnación,
□ recocido □ purificación, revestimientos...
mecanizado final
Aglomerante Materia prima Triturado Pulverizado Tamizado
Mezcla
Pulverizado Homogeneizado
Prensado isostático Matrizado Extrusión
Recocido
Control Tratamiento especial Grafitado Impregnación
Carbón-grafito
semifabricados Carbón-grafito
Piezas
mecanizadas
Mecanizado Control

4. Impregnación Tratamientos especiales
Adicionalmente, acabado el Existe una gran variedad de Gracias a la gran variedad de
proceso de fabricación del tratamientos especiales, entre posibilidades de modificar los
material base, se pueden aplicar los que podemos mencionar materiales de carbón y grafito, y
numerosos proceso s para de optimizar sus propiedades
generar propiedades especiales según la aplicación a la que estén
para aplicaciones particulares.
□ Purificación de piezas de destinados, los campos de
Así por ejemplo, mediante grafito con el fin de obtener aplicación para estos grupos de
impregnación con resina productos de máxima pureza materiales se han extendido a
sintética, la estructura porosa to d o s l o s á m b i to s d e l a
originada por la pirólisis del
□ Revestimiento de grafitos de tecnología, y siguen en
aglomerante puede alta pureza con carbón constante expansión.
impermeabilizarse al gas y a los pirolítico (PyC) o carburo de
líquidos, y con la impregnación silicio (SiC)
metálica se puede incrementar la
dureza y la resistencia del □ Desgasificación en alto vacío
material entre 2 y 5 veces.
Aglomeración con resina
sintética
También se pueden alcanzar
propiedades espec iales
aglomerando los materiales de
carbón con resina sintética. Se
pueden fabricar materiales
impermeables a los líquidos y los
gases sin estar sujetos al
proceso de cocción o
impregnación. Al no tener que
grafitarlos, estos materiales
tienen unas propiedades de
deslizamiento moderadas que
pueden mejorarse utilizando
grafito natural o grafito sintético
como materia prima.
Los materiales de carbón
aglomerados con r e s i n a
sintética solo pueden utilizarse
hasta la temperatura de fusión
de la resina, generalmente entre
180 ºC y 280 ºC (350 ºF - 530 ºF).
La fabricación de materiales
aglomerados con r e s i n a
sintética de baja resistencia
eléctrica no es posible debido a
las propiedades aislantes de la
resina.

5. Propiedades derivadas de la
estructura y aglomeración
Debido a las características Asimismo, es la aglomeración de limitada por el oxígeno y los
especiales de aglomeración de los átomos de carbón dentro de medios altamente oxidantes. En
los átomos de carbón dentro de esta estructura de retícula la que at m ó s f e r a ox i d an te l o s
la estructura del grafito, éste se determina las propiedades materiales de carbón-grafito son
cristaliza formando capas de químicas del grafito: debido a la estables hasta 350 ºC (660 ºF)
estructuras hexagonales. Esta gran resistencia de las uniones mientras que los materiales
estructura es la que le confiere covalentes dentro de la retícula, grafitados empiezan a oxidarse
las propiedades deslizantes, la los materiales de carbón poseen por encima de 500-600º C (930-
anisotropía de la conductividad una elevada resistencia frente a 1110 ºF).
eléctrica y térmica así como el ácidos, bases, gases, fusiones,
coeficiente de dilatación térmica. etc.
Todas estas características
dependen de la estructura y La resistencia de los materiales
aglomeración del grafito. de carbón e s t á s o l a m ente
Estructura del grafito

6. Propiedades derivadas del Métodos para la determina-
proceso ción de las propiedades del
material
Además de las características Primeramente, hay que tener en Estas propiedades permiten una
derivadas de estructura y cuanta las propiedades que son rápida identificación del material
aglomeración, los materiales de r e l a t i v a m e n t e f á c i l e s de así como la inspección de
carbón tienen propiedades d ete r m i n a r p e r o q u e s o n calidad, y suelen ser las
íntimamente relacionadas con el características para una calidad especificaciones básicas de
proceso de fabricación en sí. Los cualquier suministro entre
materiales de carbón-grafito cliente y fabricante.
fabricados según los métodos de □ Resistividad eléctrica
fabricación a n te r i o r m e n te
descritos tienen u n a específica (DIN51911) Los métodos de e n s a y o
microestructura poligranular y mencionados e s t á n
policristalina. comprendidos, con especial
Frecuentemente l o s □ Dureza Rockwell (DIN51917) referencia a las escobillas de
microcristales presentes ya en carbón, en DIN IEC 60413.
los granos de los materiales Pueden encontrarse m á s
sólidos de par tida e s t á n □ Densidad en masa estándares para la investigación
dispuestos al azar, de manera (DIN IEC 60413, DIN 51918) de materiales de carbón en las
que la anisotropía de retícula Series DIN 51901 hasta 51940.
apenas se aprecia dentro de
estos granos. □ Resistencia a la flexión
(DIN51902)
La porosidad es u n a
característica especialmente
afectada por el método de □ Contenido en cenizas
fabricación y puede variar de 0 a (DIN 51903)
50 %. La porosidad puede
definirse por el volumen de los
poros y la distribución de éstos.
Ambas características definen
materiales diferentes y métodos
de fabricación diferentes. Por
norma general hay materiales de
porosidad abierta y cerrada. Los
de porosidad abierta pueden
impregnarse, mientras que los
de porosidad cerrada no.
Debido a la porosidad y a los
diferentes grados de grafitado
admisible de los materiales de
carbón, todos los carbones
po l i cr i sta l in o s f a b r i c a d o s
industrialmente muestran una
menor densidad en masa que la
que teóricamente se calcula
basándonos en la estructura
cristalina ideal del grafito.
Dependiendo del método de
fabricación, la resistencia a la
flexión y a la compresión pueden
variar también ampliamente. La
resistencia a la flexión puede
oscilar entre 10 y 150 MPa.

7. Más características Micrografías de estructuras de carbón con
diferente porosidad y distribución de grano
En las calidades de carbón y grafito se
pueden determinar a d e m á s
características adicionales como
módulo de elasticidad, resistencia a la
compresión y tracción, y datos
termofísicos como coeficiente de
dilatación térmica, conductividad
térmica y capacidad térmica específica.
Determinar estas propiedades conlleva
un gran número de mediciones,
aunque el conocer estos datos según la
aplicación o el propósito de los ensayos
es vital.
Así, por norma general, no basta con
saber la porosidad de un material de
grafito o carbón para caracterizar su
c o m p o r t a m i e n t o f r e n t e a la
i mp re g n a c i ó n , c a s i s i e mp re e s
necesario determinar tamaño y
distribución de los poros, analizar su
estructura microscópica así como su
posible humectabilidad frente a
diferentes medios de impregnación.
Además a menudo también interesa el
efecto del proceso de impregnación
sobre cualidades concretas de la
c a l i d a d , c o m o p o r e j e mp l o la
resistencia a la abrasión o la
permeabilidad.
Todas estas mediciones exigen en
g e n e r a l u n a m p l i o e q u i p o de
laboratorio.
Si lo desean, podemos asesorarles al
respecto.

8. Materiales técnicos La anisotropía de las propiedades Este proceso de elaboración
de carbón y grafito que aparece en las calidades requiere muchos aparatos y
policristalinas de carbón, está resulta caro, por lo que solo suele
predominantemente determinada usarse en general p a r a
Los materiales de carbón y grafito por el proce dimi ento de revestimiento de superficies de
se fabrican de forma poligranular prensado. Así por ejemplo las calidades de carbón
o policristalina. Esto significa que calidades de prensado isostático policristalinas normales, por ej.
los granos de la materia prima se tienen una anisotropía mínima o para lograr una permeabilidad
componen de m i n ú s c u l o s ninguna, mientras que las baja a los gases o una superficie
cristales orientados de diferentes calidades matriciadas por una o resistente a la fricción. En pocos
maneras. Debido a e s t a ambas caras tienen una casos se utiliza carbón pirolítico
estructura microcristalina el anisotropía más acusada. Por este de manera compacta, uno de
cuerpo macroscópico a menudo motivo, cuando se indican los ellos es por ejemplo las rejillas de
no muestra las propiedades valores físicos de una calidad, a alta capacidad en vacío.
anisotrópicas cristalinas del menudo se distingue entre la
monocristal de grafito. La propiedad medida en Otra clase de carbones -grafitos
anisotropía de la conductividad perpendicular o en paralelo a la son los materiales reforzados con
eléctrica o del coeficiente de dirección de prensado. fibras de carbón o grafito. Se
dilatación térmica apenas está fabrican por pirólisis de fibras de
p r e s e n te e n l a s c a l i d a d e s Otra forma técnica de p o l í m e ro s , p re fe re n te m e n te
policristalinas, o al menos, está grafito/carbón es el carbón poliacrilnitrilos (PAN), o fibras
muy debilitada. pirolítico o grafito pirolítico. Se con una base especial de brea.
trata de un material que escinde
en la fase gaseosas el contenido Las fibras de carbón se utilizan
de hidrocarburos depositándolo para reforzar polímeros
sobre una cuerpo de soporte (polímeros reforzados con fibra
calentado (procedimiento CVD). de carbón, CFRP-CFK), carbón
Esta calidad tiene, debido a su (carbón reforzado con fibra de
proceso de fabricación, carbón CFRC, CFC ó C/C) o
propiedades mucho más cerámica (composites de matriz
resistentes que las de los cerámica CMC) y metales.
monocristales de grafito.
Los composites se utilizan
n o r m a l m e n t e c u a n d o la
aplicación requiere una alta
rigidez y resistencia a la vez que
un peso muy bajo. Aplicaciones
típicas para CFRP s o n
equipamiento d e p o r t i vo ,
componentes para aviación y
tecnología espacial que no están
sometidos a fuertes cargas
térmicas. Para aplicaciones de
altas temperaturas como por ej.
en la In du st ria de l o s
semiconductores o e n
construcción de hornos se utiliza
CFC/C-C.
Otra forma más económica de
fibras de carbón son los fieltros
de carbón que se utilizan como
aislantes térmicos

9. Campos de aplicación de los
materiales de carbón y grafito
Debido a sus p r o p i e d a d e s
especiales los materiales de
utilizan en productos
electrotécnicos, componentes de
ingeniería mecánica, industria de
semiconductores y tecnología
médica.
Encontrarán mas d et a l l e s
particulares de cada producto y
sus aplicaciones en nuestra página
Web: www.carbosystem.com
Electrografito con revestimiento PyC
Electrografito con revestimiento SiC
Textura de un material CFC /CFRC/C-C