امیدوار کننده ترین مواد و برنامه های کاربردی در قرن 21st
Jul 16, 2021
مقدمه:
گرافیت یک آلتروپ از کربن عنصری است. حاشیه هر اتم کربن با سه اتم کربن دیگر (شش ضلعی های متعددی که در یک لانه زنبوری مرتب شده اند) به طور کووالی پیوند داده می شود تا یک مولکول کوالنت تشکیل شود. از آنجا که هر اتم کربن یک الکترون ساطع می کند، آن الکترون ها می توانند آزادانه حرکت کنند، بنابراین گرافیت یک هادی الکتریکی است. گرافیت یکی از نرم ترین کانی ها است، و استفاده از آن شامل ساخت سرب مداد و روغن کاران است. کربن یک عنصر غیر فلزی است، که در گروه IVA دوره دوم جدول دوره ای قرار دارد.
مشخصه
خواص شیمیایی کربن عنصری در دمای اتاق نسبتاً پایدار است، و در آب، اسید رقیق، آلکالی رقیق و حلال های آلی نامحلول است؛ واکنش نشان می دهد و می سوزد با اکسیژن در دماهای مختلف بالا برای تولید دی اکسید کربن یا مونوکسید کربن; در میان هالوژن ها، تنها فلوئورین می تواند به طور مستقیم با کربن عنصری واکنش نشان دهد؛ در دمای بالا، کربن عنصری آسان تر است که توسط اسید اکسید شود؛ در دمای بالا، کربن همچنین می تواند با بسیاری از فلزات واکنش نشان دهد تا کاربیدهای فلزی را تشکیل دهد. کربن تقلیل دهنده است و می تواند فلزات را در دماهای بالا گداخته کند. گرافیت یک کانی کریستالی از عناصر کربن، و شبکه کریستالی آن یک ساختار لایه ای شش ضلعی است. فاصله بین هر لایه مش ۳۴۰ بعد از ظهر است، و فاصله بین اتم های کربن در همان لایه مش ۱۴۲ بعد از ظهر است؛. این سیستم متعلق به سیستم کریستال شش ضلعی با کلافگی لایه ای کامل است. سطح کلافگی تحت سلطه پیوندهای مولکولی است که جاذبه ضعیف تری برای مولکول ها دارد، بنابراین شناور بودن طبیعی آن بسیار خوب است. گرافیت، الماس، کربن ۶۰، نانولوله های کربنی و غیره همگی مواد ساده کربن هستند و آلتروپ هستند. خواص ویژه گرافیت، مقاومت دمای بالا: نقطه ذوب گرافیت ۳۸۵۰±۵۰ درجه سانتی گراد، و نقطه جوش ۴۲۵۰ درجه سانتی گراد است. حتی پس از سوختن قوس درجه حرارت فوق العاده بالا، کاهش وزن بسیار کوچک است، و ضریب انبساط حرارتی نیز بسیار کوچک است. استحکام گرافیت با افزایش دما افزایش می یابد. در ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد، استحکام گرافیت دو برابر می شود.
نسوز
در صنعت آهن و فولاد از دیفرکچرهای گرافیتی برای پوشش های نسوز کوره های انفجار قوسی و مبدل های اکسیژن، پوشش های نسوز لادل و غیره استفاده می شود؛ دی شکست های گرافیت عمدتاً مواد ریخته گری انتگرال ناپذیر، آجرهای کربنی منیزیم و دی شکست های گرافیت آلومینیومی هستند. گرافیت همچنین به عنوان یک ماده تشکیل کننده فیلم برای متالورژی پودر و ریخته گری فلزی استفاده می شود. پودر گرافیت به فولاد مذاب اضافه می شود تا محتوای کربن فولاد افزایش یابد، به طوری که فولاد پر کربن خواص بسیار خوبی دارد.
مواد هادی
در صنعت برق از آن برای ساخت الکترودها، برس ها، میله های کربنی، لوله های کربنی، الکترودهای مثبت دستگاه های جریان مثبت جیوه، واش های گرافیت، قطعات تلفن، پوشش هایی برای لوله های تصویر تلویزیونی و غیره استفاده می شود.
مواد روان کننده مقاوم در برابر سایش
گرافیت اغلب به عنوان یک گریس کننده در صنعت ماشین آلات مورد استفاده قرار می گیرد. روغن روان کننده را نمی توان تحت شرایط پرسرعت، با دمای بالا، و فشار بالا مورد استفاده قرار داد، در حالی که مواد مقاوم در برابر سایش گرافیت می توانند با سرعت های کشویی بالا در دمای ۲۰۰ تا ۲۰- درجه سانتی گراد بدون روغن روان کننده کار کنند. بسیاری از تجهیزاتی که رسانه های خورنده را منتقل می کنند به طور گسترده ای از مواد گرافیتی برای ساخت فنجان پیستون، مهر و یاتاقان استفاده می کنند. آنها لازم نیست برای اضافه کردن روغن کاری زمانی که آنها در حال اجرا. همچنین امولسون گرافیت برای بسیاری از پردازش های فلزی (سیم کشی، لوله کشی) یک لوبریکن خوب است.
مواد مقاوم در برابر خوردگی
گرافیت پردازش شده ویژه، که دارای ویژگی های مقاومت به خوردگی، هدایت حرارتی خوب، و قابلیت ترامدی کم است، به طور گسترده ای در تولید تبادل کننده های حرارتی، مخازن واکنش، کندانسورها، برج های احتراق، برج های جذب، کولرها، بخاری ها، و فیلترها ، تجهیزات پمپ استفاده می شود. این است که به طور گسترده ای در صنعت پتروشیمی، هیدرومتالورژی، تولید اسید پایه، فیبر مصنوعی، کاغذ سازی و دیگر بخش های صنعتی استفاده می شود، که می تواند بسیاری از مواد فلزی را نجات دهد
مواد متالورژی درجه حرارت بالا
به دلیل اینکه گرافیت ضریب انبساط حرارتی کوچکی دارد و می تواند در برابر تغییرات سریع سرما و گرمای سریع مقاومت کند، می توان از آن به عنوان قالب شیشه ای استفاده کرد. پس از استفاده از گرافیت، فلزات آهنی می توانند ریخته گری هایی با ابعاد دقیق و نرخ پایان سطح بالا به دست آورد. این می تواند بدون پردازش و یا کمی پردازش استفاده می شود. يه سري فلز رو نجات بده تولید کاربید سیمانی و دیگر فرایندهای متالورژی پودر معمولاً از مواد گرافیتی برای ساخت قایق های چینی برای قالب های فشرده سازی و تینترینگ استفاده می کنند. تک بلور سیلیکون کریستال crucibles رشد، عروق تصفیه منطقه ای، وسایل پشتیبانی، بخاری القایی، و غیره همه از گرافیت با خلوص بالا ساخته شده است. علاوه بر این، گرافیت می تواند برای تخته ها و پایه های عایق گرافیت گداخته خلاء، لوله های کوره مقاومت با دمای بالا و اجزای دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.
صنعت انرژی و دفاع اتمی
گرافیت دارای یک مدیر نوترونی خوب است که در رآکتورهای اتمی مورد استفاده قرار می گیرد. رآکتورهای اورانیوم-گرافیت در حال حاضر پر استفاده ترین رآکتورهای اتمی هستند. ماده کاهش سرعت در راکتور هسته ای مورد استفاده به عنوان قدرت باید نقطه ذوب بالا، ثبات، و مقاومت به خوردگی داشته باشد. گرافیت می تواند الزامات فوق را به طور کامل برآورده کند. خلوص گرافیت مورد استفاده در رآکتورهای اتمی بسیار زیاد است، و محتوای نشات نباید از ده ها ppm تجاوز کند. به طور خاص، محتوای بور باید کمتر از ۰٫۵ ppm باشد. در صنعت دفاع ملی نیز از گرافیت برای ساخت موشک سوخت جامد، مخروط بینی موشکی، بخش هایی از تجهیزات هوافضا، مواد عایق حرارتی و مواد حفاظت از تابش استفاده می شود.
