گرافیت: چگالی، خواص، ویژگی‌ها و انواع کاربرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

گرافیت ماده ای است که به طور طبیعی وجود دارد. این یکی از اصلاحات کربن است که با یک شبکه کریستالی مشخص مشخص می شود. این ویژگی های گرافیت را مشخص می کند. کربن در طبیعت به دو شکل اصلی وجود دارد. اینها گرافیت و الماس هستند. فرمول شیمیایی آنها یکسان است، اما خواص فیزیکی آنها کاملاً متفاوت است.

این ساختار شبکه کریستالی است که بر این ویژگی ها تأثیر می گذارد. دارای الکترون های آزاد است که خواص فیزیکی ماده را تعیین می کنند. گرافیت، که چگالی، انواع و گستره آن برای بسیاری از صنایع جالب است، ارزش بررسی جزئیات بیشتری را دارد.

ویژگی های اساسی

گرافیت یک ماده خاکستری با درخشندگی فلزی است. رسانایی حرارتی بالایی دارد (3.55 W/deg./cm). به همین دلیل، گرافیت به طور فعال در صنایع مختلف استفاده می شود. این رقم بالاتر از یک آجر است که با حضور الکترون های متحرک در شبکه کریستالی توضیح داده می شود. آنها همچنین به هدایت الکتریکی خوب کمک می کنند. در تمام حالت های تجمع، این ماده با مقاومت جریان کم (از 0.4 تا 0.6 اهم) مشخص می شود.

گرافیت یک ماده بی اثر است که توسط اجزای شیمیایی فعال حل نمی شود. این تنها زمانی امکان پذیر است که وارد محیط فلز مذاب با نقطه جوش بالا شود. گرافیت در چنین شرایطی کاملا ذوب می شود و کاربید تشکیل می دهد.

ضریب اصطکاک کم و نقطه ذوب بالا باعث خاصیت آب بندی خوب می شود. چگالی گرافیت (کیلوگرم بر متر مکعب) 2.23 است اما در عین حال، مواد به خوبی خم می شوند و برش می خورند.

ساختار

با توجه به چگالی گرافیت و همچنین خواص و انواع آن، توجه به ساختار آن ضروری است. این یک ماده لایه ای است. اتم‌های کربن آن در یک شبکه کریستالی لانه زنبوری مانند قرار گرفته‌اند. شش ضلعی ها در یک لایه به خوبی در کنار هم قرار می گیرند. با این حال، رابطه بین هر سطح ضعیف است. این ویژگی است که شکستن گرافیت را آسان می کند.

در مقیاس Mohs، سختی مواد یک است. برای مقایسه، این شاخص برای الماس 10 و برای ظروف سنگی چینی 5 است. به گفته دانشمندان، در دمای 1500 درجه سانتیگراد، شبکه کریستالی گرافیت می تواند به الماس تبدیل شود.

در طول پردازش صنعتی، ساختار ماده تغییر می کند. در عین حال، گرافیت های مختلف دارای خواص متفاوتی هستند. اگر مواد استخراج شده به طور مصنوعی پردازش نشده باشد، یک نوع ماده طبیعی است.

گرافیت طبیعی

گرافیت که چگالی و خواص آن بسته به برند سازنده تفاوت قابل توجهی دارد، در شرایط طبیعی در ۲ نوع اصلی یافت می شود. نوع اولشش ضلعی نامیده می شود. دارای یک شبکه کریستالی است که در آن نیمی از اتم های هر لایه در بالا و پایین مرکز شش ضلعی قرار دارند.

دومین تغییر شکل لوزی است. هر چهارمین لایه لایه اول را تکرار می کند. این تغییر در طبیعت فقط به صورت ناخالصی رخ می دهد. اگر این ماده در دمای 2500-3300 کلوین گرم شود، شبکه کریستالی آن به یک شبکه شش ضلعی تبدیل می شود. در شرایط طبیعی، مواد بیشتر به این شکل یافت می‌شوند.

ترکیب

در طبیعت، گرافیت هرگز به شکل خالص خود یافت نمی شود. حاوی مقدار نسبتاً زیادی خاکستر (گاهی اوقات تا 20٪) است. از ترکیبات مختلفی (FeO، MgO، CuO، CaO و غیره) تشکیل شده است. تا 2 درصد از جرم گرافیت طبیعی را گازها می توانند اشغال کنند. قیر و آب نیز ممکن است وجود داشته باشد.

چگالی پودر گرافیت بسته به پراکندگی، وجود منافذ متفاوت است. مقدار فوق را می توان به 2.09 کیلوگرم در متر 3 کاهش داد. گرافیت در لمس چرب است. اگر آن را با دستان خود بگیرید، علامت مشخصه ای روی انگشتان شما باقی می ماند. بنابراین، میله هایی برای یک مداد ساده از چنین موادی ایجاد می شود. روی کاغذ اثر واضحی به جا می گذارد.

گرافیت مصنوعی

برای تولید، در نظر گرفتن چگالی گرافیت بسیار مهم است. فیزیک روشن می کند که هر چه چگالی این ماده بیشتر باشد، رسانایی حرارتی آن بیشتر است. گرافیت مصنوعی با خلوص بالا (تا 99٪) مشخص می شود. همچنین چگالی مواد را تا حد زیادی افزایش می دهد.

تولید گرافیت تصفیه شده توسط تأثیرات ترموشیمیایی و ترمومکانیکی انجام می شود. برای هر شاخه تولید، ماده ای با مجموعه ای از کیفیت ها تولید می شود. این امر این امکان را فراهم می کند تا نیازهای صنعت در گرافیت با ویژگی های فیزیکی داده شده برآورده شود.

برچسب گذاری مواد مصنوعی شامل تفکیک انواع مواد بر اساس مقصد است. ریخته گری، الکتروکربن، باتری، عنصری، روان کننده و گرافیت مدادی وجود دارد. در رآکتورهای هسته ای نیز از گریدهای ویژه ای استفاده می شود.

دامنه کاربرد

در طول تولید، خواص خاصی از گرافیت تنظیم می شود. استفاده از این ماده کاملاً به آنها بستگی دارد. گرافیت در متالورژی در ساخت قالب ها یا ملاقه های نسوز، ظروف استفاده می شود. در فرآیند ریخته گری، پودر حاصل از ماده ارائه شده به عنوان روان کننده استفاده می شود. یکی از اجزای آجر نسوز نیز گرافیت است. در ساخت پلاستیک به مخلوط اضافه می شود.

این ماده برای ساخت کنتاکت لوازم الکتریکی نیز استفاده می شود. این امر توسط خواص رسانایی الکتریکی ماده تسهیل می‌شود.

مدادهای گرافیتی شاید برای همه افراد شناخته شده باشد. از این ماده در تولید برخی از انواع رنگ ها نیز استفاده می شود. در این مورد، گرافیت سیاه (و نه خاکستری) است که استفاده می شود. این رنگ خاصیت ضد خوردگی دارد.

الماس های مصنوعی از کانی طبیعی ارائه شده به دست می آیند. زمانی استفاده می شوندتولید ابزارهای برش سنگین در مهندسی مکانیک، پودر گرافیت به عنوان ماده ای برای یاتاقان ها و همچنین پیستون و رینگ های آب بندی عمل می کند. به عنوان روان کننده، برای پردازش زنجیر دوچرخه، فنر ماشین، لولای درب مناسب است.

حتی بسیاری از داروها حاوی گرافیت هستند.

برنامه های غذایی

ماده ارائه شده در صنایع غذایی نیز کاربرد فراوانی دارد. برای انجام این کار، در طول تولید، تحت پردازش خاصی قرار می گیرد. چگالی آهن، الکل اتیلیک، گرافیت و شکر، به دلایل واضح، متفاوت است. اما مطالب ارائه شده می تواند هم حاوی برخی از مواد باشد و هم بخشی از آنها باشد. این در پارافین ها، استرها، الکل و حتی شکر یافت می شود.

این را می توان با یک آزمایش ساده تأیید کرد. ابتدا باید یک تکه شکر بردارید. روی یک درب سخت قرار می گیرد و با کلاه می پوشاند (می توانید از انگشتانه استفاده کنید). سپس فلزی که شکر با آن پوشانده شده است به شدت گرم می شود. با گذشت زمان، دود تند از زیر انگشتانه خارج می شود. اگر یک کبریت به آن بیاورید، گاز می سوزد.

هنگامی که دود متوقف شد، می توانید انگشتانه را بردارید. یک توده سیاه روی درپوش وجود دارد. این زغال سنگ است. این کربنی است که گرافیت از آن ساخته شده است.

بودن در طبیعت

گرافیت، که چگالی آن به خلوص آن بستگی دارد، در طبیعت در مقادیر نسبتاً زیادی یافت می شود. سالانه حدود 600 هزار تن از این ماده در سراسر جهان استخراج می شود. بزرگترینذخایر آن در مکزیک، جمهوری چک، چین، اوکراین، برزیل، روسیه، کانادا و کره جنوبی متمرکز شده است.

از دوران باستان، ذخایر گرافیت علاقه بشر را برانگیخت. امروزه این منابع طبیعی به منظور تامین مواد با کیفیت مورد نیاز صنعت در حال توسعه هستند. گرافیت در گرانیت ها، سنگ های آهکی، میکا یا گنیس به شکل ادخال های فیبری یا کریستالی یافت می شود. استخراج معادن به روش های روباز و زیرزمینی انجام می شود.

هزینه گرافیت

گرافیت که چگالی و خلوص آن بر ارزش آن تأثیر می گذارد، اکنون با قیمت های نسبتاً مناسبی به فروش می رسد. این تحت تأثیر اندازه بلورهای آن و همچنین محتوای کربن است. هرچه بالاتر باشد، گرافیت گرانتر است. با محتوای کربن به اندازه کافی، خواص فیزیکی مواد افزایش می یابد. این برای صنعت در طیف گسترده ای از صنایع ارزشمند است.

امروزه قیمت متوسط گرافیت حدود 45 روبل/کیلوگرم است. اگر به طور مصنوعی پردازش شود، هزینه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین قیمت یک ماده معدنی طبیعی به محل کانسار بستگی دارد.

با آشنایی با خواص و ویژگی های اصلی گرافیت، می توان نتیجه گرفت که هم هزینه و هم کیفیت فنی ماده به چگالی آن بستگی دارد. بنابراین، ماده معدنی استخراج شده در طبیعت در معرض فرآوری بعدی است. این باعث افزایش کیفیت آن می شود.