Was ist der Unterschied zwischen Graphitisierung und Karbonisierung?

Was ist Graphitisierung?

Graphitisierung ist ein industrieller Prozess, bei dem Kohlenstoff in Graphit umgewandelt wird. Diese mikrostrukturelle Veränderung tritt bei Kohlenstoff- oder niedriglegierten Stählen auf, die über längere Zeiträume, manchmal bis zu tausend Stunden, Temperaturen zwischen 425 und 550 Grad Celsius ausgesetzt sind. Dieser Vorgang kann zur Versprödung führen.

Beispielsweise enthält die Mikrostruktur von Kohlenstoff-Molybdän-Stählen typischerweise Perlit, eine Mischung aus Ferrit und Zementit. Bei der Graphitisierung zerfällt dieses Material in Ferrit und zufällig verteilte Graphitpartikel. Diese Umwandlung schwächt den Stahl, da das Vorhandensein von Graphit seine Festigkeit aufgrund der zufälligen Verteilung der Partikel innerhalb der Matrix verringert.

Um die Graphitisierung zu verhindern, können wir widerstandsfähigere Materialien verwenden, die weniger empfindlich auf diesen Prozess reagieren. Darüber hinaus kann auch eine Veränderung der Umgebung – beispielsweise eine Erhöhung des pH-Werts oder eine Verringerung des Chloridgehalts – dazu beitragen, das Risiko einer Graphitierung zu verringern. Eine weitere wirksame Methode zur Vorbeugung ist das Aufbringen von Beschichtungen, einschließlich des kathodischen Schutzes für Gusseisen.

Was ist Karbonisierung?

Karbonisierung ist ein industrieller Prozess, der organische Stoffe in Kohlenstoff umwandelt. Zu den organischen Materialien gehören typischerweise Pflanzen und Tierkadaver. Dieser Prozess erfolgt durch destruktive Destillation und wird als Pyrolysereaktion klassifiziert, bei der mehrere chemische Reaktionen gleichzeitig ablaufen. Beispiele für diese Reaktionen umfassen Dehydrierung, Kondensation, Wasserstoffübertragung und Isomerisierung.

Die Karbonisierung unterscheidet sich von der Kohleproduktion dadurch, dass sie viel schneller abläuft; seine Reaktionsgeschwindigkeit ist um viele Größenordnungen schneller. Die während des Prozesses angewandte Temperatur kann das Ausmaß der Karbonisierung und den verbleibenden Gehalt an Fremdelementen im Endprodukt beeinflussen. Beispielsweise beträgt der Kohlenstoffgehalt des Rückstands bei einer Temperatur von 1200 K etwa 90 Gew.-%, während bei etwa 1600 K der Kohlenstoffgehalt auf etwa 99 Gew.-% ansteigt.

Im Allgemeinen handelt es sich bei der Karbonisierung um eine exotherme Reaktion, das heißt, es wird Wärme freigesetzt. Es kann autark gemacht und als Energiequelle genutzt werden, ohne dass Kohlendioxidgas entsteht. Wenn organisches Material jedoch einer plötzlichen Temperaturänderung ausgesetzt ist, beispielsweise bei einer nuklearen Explosion, verkohlt das biologische Material fast augenblicklich und verwandelt sich in festen Kohlenstoff.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl die Graphitierung als auch die Karbonisierung industrielle Prozesse sind, bei denen Kohlenstoff entweder als Reaktant oder als Produkt beteiligt ist. Unter Karbonisierung versteht man den Prozess der Umwandlung organischer Stoffe in Kohlenstoff, während bei der Graphitisierung Kohlenstoff in Graphit umgewandelt wird. Daher wird die Karbonisierung als chemische Veränderung klassifiziert, während die Graphitisierung als mikrostrukturelle Veränderung anerkannt wird.

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