Grafiit: tihedus, omadused, rakenduse omadused ja tüübid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Grafiit on looduslikult esinev aine. See on üks süsiniku modifikatsioone, mida iseloomustab teatud kristallvõre. See määrab grafiidi omadused. Süsinik esineb looduses kahel peamisel kujul. Need on grafiit ja teemant. Nende keemiline valem on identne, kuid nende füüsikalised omadused on radikaalselt erinevad.

Neid omadusi mõjutab kristallvõre struktuur. Sellel on vabad elektronid, mis määravad aine füüsikalised omadused. Grafiit, mille tihedus, tüübid ja ulatus pakuvad huvi paljudele tööstusharudele, tasub lähem alt kaaluda.

Põhifunktsioonid

Grafiit on metallilise läikega hall aine. Sellel on kõrge soojusjuhtivus (3,55 W/deg./cm). Tänu sellele kasutatakse grafiiti aktiivselt erinevates tööstusharudes. See näitaja on suurem kui tellise oma, mis on seletatav liikuvate elektronide olemasoluga kristallvõres. Samuti aitavad need kaasa heale elektrijuhtivusele. Kõigis agregatsiooniseisundites iseloomustab seda ainet madal voolutakistus (0,4–0,6 oomi).

Grafiit on inertne aine, mida keemiliselt aktiivsed komponendid ei lahustu. See on võimalik ainult siis, kui see siseneb kõrge keemistemperatuuriga sulametalli keskkonda. Grafiit sulab sellistes tingimustes täielikult, moodustades karbiidid.

Madal hõõrdetegur ja kõrge sulamistemperatuur tagavad head tihendusomadused. Grafiidi tihedus (kg/m3) on 2,23. Kuid samas materjal paindub ja lõikab hästi.

Struktuur

Arvestades grafiidi tihedust, samuti omadusi ja tüüpe, tuleb tähelepanu pöörata selle struktuurile. See on kihiline aine. Selle süsinikuaatomid reastuvad kärjekujulises kristallvõres. Ühes kihis olevad kuusnurgad sobivad tihed alt kokku. Samas on seos iga taseme vahel nõrk. Just see funktsioon muudab grafiidi purustamise lihtsaks.

Mohsi skaalal on materjali kõvadus üks. Võrdluseks, teemandi puhul on see näitaja 10 ja portselanist kivikeraamika puhul 5. Teadlaste sõnul võib grafiidi kristallvõre muutuda teemandiks temperatuuril 1500 ° C.

Tööstusliku töötlemise käigus muutub aine struktuur. Samal ajal on erinevatel grafiidi klassidel erinevad omadused. Kui ekstraheeritud materjali ei ole kunstlikult töödeldud, on tegemist loodusliku ainetüübiga.

Looduslik grafiit

Grafiiti, mille tihedus ja omadused erinevad oluliselt olenev alt tootja margist, leidub looduslikes tingimustes 2 põhivarianti. Esimene tüüpnimetatakse kuusnurkseks. Sellel on kristallvõre, milles pooled iga kihi aatomitest asuvad kuusnurga keskpunkti kohal ja all.

Teine modifikatsioon on romboedriline. Iga neljas kiht kordab esimest. See modifikatsioon esineb looduses ainult lisandite kujul. Kui seda ainet kuumutada temperatuuril 2500–3300 K, muutub selle kristallvõre kuusnurkseks. Looduslikes tingimustes leidub materjali sagedamini sellisel kujul.

Kompositsioon

Looduses ei leidu kunagi grafiiti puhtal kujul. See sisaldab üsna suures koguses tuhka (mõnikord kuni 20%). See koosneb paljudest erinevatest ühenditest (FeO, MgO, CuO, CaO jne). Kuni 2% loodusliku grafiidi massist võivad olla hõivatud gaasidega. Võib esineda ka bituumenit ja vett.

Grafiidipulbri tihedus varieerub sõltuv alt dispersioonist ja pooride olemasolust. Ül altoodud väärtust saab vähendada 2,09 kg/m3. Grafiit on katsudes rasvane. Kui võtta kätega, jääb sõrmedele iseloomulik jälg. Seetõttu luuakse sellisest materjalist lihtsa pliiatsi vardad. See jätab paberile selge jälje.

Kunstgrafiit

Tootmise puhul on väga oluline arvestada, milline on grafiidi tihedus. Füüsika teeb selgeks, et mida suurem on selle aine tihedus, seda suurem on selle soojusjuhtivus. Kunstlikku grafiiti iseloomustab kõrge puhtusaste (kuni 99%). See suurendab oluliselt ka materjali tihedust.

Rafineeritud grafiidi tootmine toimub termokeemiliste ja termomehaaniliste mõjutuste tõttu. Iga tootmisharu jaoks toodetakse teatud omadustega ainet. See võimaldab täita antud füüsikaliste omadustega grafiiditööstuse vajadusi.

Teislike ainete märgistamine hõlmab materjalitüüpide jaotust sihtkoha järgi. Seal on valukoda, elektrosüsiniku, aku, elementaar-, määrde- ja pliiatsigrafiit. Tuumareaktorites kasutatakse ka eriklasse.

Kasutusala

Tootmise käigus seatakse grafiidi teatud omadused. Selle aine kasutamine on täielikult nende otsustada. Grafiiti kasutatakse metallurgias tulekindlate vormide või kulpide, anumate valmistamisel. Valamisprotsessis kasutatakse määrdeainena esitatud aine pulbrit. Üks tulekindlate telliste komponente on ka grafiit. Seda lisatakse segule plastide valmistamisel.

Seda materjali kasutatakse ka elektriseadmete kontaktide valmistamisel. Seda soodustavad aine elektrit juhtivad omadused.

Grafiitpliiatsid on ehk kõigile teada. Seda materjali kasutatakse ka teatud tüüpi värvide tootmisel. Sel juhul kasutatakse musta (ja mitte halli) grafiiti. Sellel värvil on korrosioonivastased omadused.

Kunstlikud teemandid saadakse esitatud looduslikust mineraalist. Neid kasutatakse siis, kuiraskeveokite lõikeriistade tootmine. Masinaehituses toimib grafiidipulber laagrite, aga ka kolvi ja tihendusrõngaste materjalina. Määrdeainena sobib rattakettide, autovedrude, uksehingede töötlemiseks.

Isegi paljud ravimid sisaldavad grafiiti.

Toidurakendused

Esitatavat ainet kasutatakse laialdaselt ka toiduainetööstuses. Selleks läbib see tootmise ajal teatud töötlemise. Raua, etüülalkoholi, grafiidi ja suhkru tihedus on arusaadavatel põhjustel erinev. Kuid esitatud materjal võib nii mõnda ainet sisaldada kui ka olla osa sellest. Seda leidub parafiinis, estrites, alkoholis ja isegi suhkrus.

Seda saab kontrollida lihtsa katsega. Kõigepe alt peate võtma tüki suhkrut. See asetatakse kõvale kaanele ja kaetakse korgiga (võite kasutada sõrmkübarat). Seejärel kuumutatakse tugev alt metalli, millega suhkur on kaetud. Aja jooksul tuleb sõrmkübara alt välja kirbe suitsu. Kui tood sellele tiku, läheb gaas põlema.

Kui suits enam ei eraldu, saate sõrmkübara eemaldada. Kaanel on must mass. See on kivisüsi. See on süsinik, millest grafiit on valmistatud.

Looduses viibimine

Grafiiti, mille tihedus sõltub selle puhtusest, leidub looduses üsna suurtes kogustes. Aastas kaevandatakse seda ainet kogu maailmas umbes 600 tuhat tonni. Suurimaselle varud on koondunud Mehhikosse, Tšehhi Vabariiki, Hiinasse, Ukrainasse, Brasiiliasse, Venemaale, Kanadasse ja Lõuna-Koreasse.

Iidsetest aegadest peale on grafiidimaardlad äratanud inimkonna huvi. Tänapäeval arendatakse neid loodusvarasid selleks, et varustada tööstust vajalike omadustega materjalidega. Grafiiti leidub graniitides, lubjakivimites, vilgukivis või gneissis kiuliste või kristalliliste lisanditena. Kaevandamine toimub avatud kaevandis ja allmaameetodil.

Grafiidi hind

Grafiiti, mille tihedus ja puhtus mõjutavad selle väärtust, müüakse nüüd üsna mõistlike hindadega. Seda mõjutavad selle kristallide suurus ja süsinikusisaldus. Mida kõrgem see on, seda kallim on grafiit. Piisav alt kõrge süsinikusisalduse korral materjali füüsikalised omadused suurenevad. See on väärtuslik paljude tööstusharude jaoks.

Täna on grafiidi keskmine maksumus umbes 45 rubla/kg. Kui seda töödeldakse kunstlikult, suureneb maksumus märkimisväärselt. Samuti sõltub loodusliku maavara hind maardla asukohast.

Tutvudes grafiidi peamiste omaduste ja omadustega, võime järeldada, et nii materjali maksumus kui ka tehnilised omadused sõltuvad selle tihedusest. Seetõttu allub looduses kaevandatud mineraal hilisemale töötlemisele. See parandab selle omadusi.