תהליך ייצור אלקטרודות גרפיט

1. חומרי גלם
קוקה קולה (כ-75-80% מתכולתה)

קוקה נפט
קוק נפט הוא חומר הגלם החשוב ביותר, והוא נוצר במגוון רחב של מבנים, החל מקווק מחטים אניזוטרופי ביותר ועד קוק נוזלי כמעט איזוטרופי. קוק המחטים האניזוטרופי ביותר, בשל מבנהו, הכרחי לייצור אלקטרודות בעלות ביצועים גבוהים המשמשות בכבשני קשת חשמליים, בהם נדרשת רמה גבוהה מאוד של כושר נשיאה חשמלי, מכני ותרמי. קוק נפט מיוצר כמעט אך ורק בתהליך קוק מושהה, שהוא הליך פחמון איטי עדין של שאריות זיקוק נפט גולמי.

קוק מחטים הוא מונח נפוץ לסוג מיוחד של קוק בעל יכולת גרפיטיזציה גבוהה במיוחד הנובעת מאוריינטציה מקבילה מועדפת חזקה של מבנה השכבה הטורבוסטראטית שלו וצורה פיזית מסוימת של הגרגרים.

קלסרים (כ-20-25% מתכולתם)

זפת פחם
חומרי קישור משמשים לקיבוע החלקיקים המוצקים זה לזה. יכולת ההרטבה הגבוהה שלהם הופכת את התערובת למצב פלסטי לצורך עיצוב או שיחול לאחר מכן.

זפת פחם היא תרכובת אורגנית ובעלת מבנה ארומטי מובהק. בשל שיעורם הגבוה של טבעות בנזן מותמרות ומעובות, יש לה כבר את מבנה הסריג המשושה המובנה מראש של גרפיט, ובכך מקל על היווצרות של דומיינים גרפיטיים מסודרים היטב במהלך הגרפיטיזציה. זפת מתגלה כקשר היתרון ביותר. זוהי שארית הזיקוק של זפת פחם.

2. ערבוב ואקסטרוזיה
קוק טחון מעורבב עם זפת פחם וכמה תוספים ליצירת משחה אחידה. משחה זו מוכנסת לתוך גליל האקסטרוזיה. בשלב ראשון יש להסיר את האוויר באמצעות קדם-כבישה. לאחר מכן מתבצע שלב האקסטרוזיה בפועל, בו התערובת אקסטרודית ליצירת אלקטרודה בקוטר ובאורך הרצויים. כדי לאפשר את הערבוב ובמיוחד את תהליך האקסטרוזיה (ראה תמונה מימין), התערובת צריכה להיות צמיגה. זה מושג על ידי שמירה על טמפרטורה גבוהה של כ-120 מעלות צלזיוס (בהתאם לזפת) לאורך כל תהליך הייצור הירוק. צורה בסיסית זו עם צורה גלילית ידועה כ"אלקטרודה ירוקה".

3. אפייה
שני סוגים של תנורי אפייה נמצאים בשימוש:

כאן, המוטות הבלוט מוכנסים למיכלי נירוסטה גליליים (סאגרים). כדי למנוע עיוות של האלקטרודות במהלך תהליך החימום, הסאגרים ממולאים גם בציפוי מגן של חול. הסאגרים מועמסים על רציפי רכבת (תחתית קרונות) ומגולגלים לכבשנים המופעלים בגז טבעי.

תנור טבעת

כאן האלקטרודות ממוקמות בחלל סמוי מאבן בתחתית אולם הייצור. חלל זה הוא חלק ממערכת טבעות של יותר מ-10 תאים. התאים מחוברים יחד באמצעות מערכת זרימת אוויר חם כדי לחסוך באנרגיה. החללים בין האלקטרודות מלאים גם הם בחול כדי למנוע עיוות. במהלך תהליך האפייה, שבו הזפת מפחומה, יש לשלוט בקפידה בטמפרטורה מכיוון שבטמפרטורות של עד 800 מעלות צלזיוס הצטברות גז מהירה עלולה לגרום לסדיקה של האלקטרודה.

בשלב זה, צפיפות האלקטרודות היא כ-1.55 – 1.60 ק"ג/ד"מ3.

4. הספגה
האלקטרודות האפויות ספוגות בפסיעה מיוחדת (פסיעה נוזלית בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס) כדי להעניק להן את הצפיפות הגבוהה יותר, החוזק המכני והמוליכות החשמלית הדרושים להן כדי לעמוד בתנאי ההפעלה הקשים בתוך הכבשנים.

5. אפייה חוזרת
נדרש מחזור אפייה שני, או "אפייה חוזרת", כדי לפחמן את ספיגת הזפת ולגרש את כל החומרים הנדיפים שנותרו. טמפרטורת האפייה החוזרת מגיעה לכמעט 750 מעלות צלזיוס. בשלב זה האלקטרודות יכולות להגיע לצפיפות של כ-1.67 - 1.74 ק"ג/ד"מ3.

6. גרפיטיזציה
תנור אצ'סון
השלב האחרון בייצור גרפיט הוא המרה של פחמן אפוי לגרפיט, הנקראת גרפיטיזציה. במהלך תהליך הגרפיטיזציה, הפחמן המסודר מראש פחות או יותר (פחמן טורבוסטרטי) מומר למבנה גרפיט מסודר תלת-ממדי.

האלקטרודות ארוזות בכבשנים חשמליים המוקפים בחלקיקי פחמן ליצירת מסה מוצקה. זרם חשמלי מועבר דרך הכבשן, ומעלה את הטמפרטורה לכ-3000 מעלות צלזיוס. תהליך זה מושג בדרך כלל באמצעות תנור אצ'סון או תנור אורכי (LWG).

בתנור Acheson האלקטרודות עוברות גרפיטיזציה באמצעות תהליך אצווה, בעוד שבתנור LWG כל העמודה עוברת גרפיטיזציה בו זמנית.

7. עיבוד שבבי
אלקטרודות הגרפיט (לאחר הקירור) מעובדות בעיבוד שבבי למידות וסבולות מדויקות. שלב זה עשוי לכלול גם עיבוד שבבי והתאמת קצוות (שקעים) האלקטרודות באמצעות מערכת חיבור פיני גרפיט (פטמות) עם הברגה.