Grafiitti: tiheys, ominaisuudet, sovellusten ominaisuudet ja tyypit

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Grafiitti on aine, jota esiintyy luonnossa. Tämä on yksi hiilen muunnelmista, jolle on ominaista tietty kidehila. Tämä määrittää grafiitin ominaisuudet. Hiiltä esiintyy luonnossa kahdessa päämuodossa. Nämä ovat grafiittia ja timanttia. Niiden kemiallinen kaava on identtinen, mutta niiden fysikaaliset ominaisuudet ovat radikaalisti erilaiset.

Niihin ominaisuuksiin vaikuttaa kidehilan rakenne. Siinä on vapaita elektroneja, jotka määräävät aineen fysikaaliset ominaisuudet. Grafiittia, jonka tiheys, tyypit ja laajuus kiinnostavat monia toimialoja, kannattaa harkita tarkemmin.

Perusominaisuudet

Grafiitti on harmaa aine, jolla on metallinen kiilto. Sillä on korkea lämmönjohtavuus (3,55 W/astetta/cm). Tästä johtuen grafiittia käytetään aktiivisesti eri teollisuudenaloilla. Tämä luku on suurempi kuin tiilen, mikä selittyy liikkuvien elektronien läsnäololla kidehilassa. Ne edistävät myös hyvää sähkönjohtavuutta. Kaikissa aggregaatiotiloissa tälle aineelle on ominaista alhainen virranvastus (0,4 - 0,6 ohmia).

Grafiitti on inertti aine, jota kemiallisesti aktiiviset komponentit eivät liukene. Tämä on mahdollista vain, kun se tulee sulan metallin väliaineeseen, jolla on korkea kiehumispiste. Grafiitti sulaa tällaisissa olosuhteissa kokonaan muodostaen karbideja.

Matala kitkakerroin ja korkea sulamispiste johtavat hyviin tiivistysominaisuuksiin. Grafiitin tiheys (kg/m3) on 2,23, mutta samalla materiaali taipuu ja leikkaa hyvin.

Rakenne

Grafiitin tiheys sekä ominaisuudet ja tyypit huomioon ottaen on tarpeen kiinnittää huomiota sen rakenteeseen. Tämä on kerrostettu aine. Sen hiiliatomit asettuvat hunajakennomaiseen kidehilaan. Yhdessä kerroksessa olevat kuusikulmiot sopivat tiukasti yhteen. Jokaisen tason välinen suhde on kuitenkin heikko. Tämä ominaisuus tekee grafiitin rikkomisesta helppoa.

Mohsin asteikolla materiaalin kovuus on yksi. Vertailun vuoksi tämä indikaattori on 10 timantille ja 5 posliinikivitavaralle. 1500 ° C:n lämpötilassa tiedemiesten mukaan grafiitin kidehila voi muuttua timantiksi.

Teollisen käsittelyn aikana aineen rakenne muuttuu. Samanaikaisesti eri grafiittilaaduilla on erilaiset ominaisuudet. Jos uutettua materiaalia ei ole käsitelty keinotekoisesti, se on luonnollinen aine.

Luonnollinen grafiitti

Grafiittia, jonka tiheys ja ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi valmistajan merkistä riippuen, löytyy luonnollisissa olosuhteissa 2 pääversiona. Ensimmäinen tyyppikutsutaan kuusikulmaiseksi. Siinä on kidehila, jossa puolet kunkin kerroksen atomeista on kuusikulmion keskipisteen ylä- ja alapuolella.

Toinen muunnos on romboedrinen. Joka neljäs kerros toistaa ensimmäisen. Tämä muutos esiintyy luonnossa vain epäpuhtauksien muodossa. Jos tätä ainetta kuumennetaan lämpötilassa 2500-3300 K, sen kidehila muuttuu kuusikulmioiseksi. Luonnollisissa olosuhteissa materiaali löytyy useammin tässä muodossa.

Koostumus

Grafiittia ei koskaan löydy luonnosta sen puhtaassa muodossa. Se sisältää melko suuren määrän tuhkaa (joskus jopa 20 %). Se koostuu monista erilaisista yhdisteistä (FeO, MgO, CuO, CaO jne.). Jopa 2 % luonnongrafiitin massasta voi olla kaasujen varassa. Myös bitumia ja vettä voi esiintyä.

Grafiittijauheen tiheys vaihtelee dispersion ja huokosten läsnäolon mukaan. Yllä oleva arvo voidaan pienentää arvoon 2,09 kg/m3. Grafiitti on rasvaista kosketukseen. Jos otat sen käsilläsi, sormiin jää tunnusmerkki. Siksi tällaisesta materiaalista luodaan tangot yksinkertaiselle kynälle. Se jättää selkeän jäljen paperille.

Keinotekoinen grafiitti

Tuotannossa on erittäin tärkeää ottaa huomioon grafiitin tiheys. Fysiikka tekee selväksi, että mitä suurempi tämän aineen tiheys on, sitä suurempi on sen lämmönjohtavuus. Keinotekoiselle grafiitille on ominaista korkea puhtaus (jopa 99%). Se myös lisää huomattavasti materiaalin tiheyttä.

Jalostetun grafiitin tuotanto tapahtuu termokemiallisilla ja termomekaanisilla vaikutuksilla. Jokaiselle tuotannonalalle tuotetaan aine, jolla on tietyt ominaisuudet. Tämä mahdollistaa grafiittiteollisuuden tarpeiden täyttämisen tietyillä fysikaalisilla ominaisuuksilla.

Keinotekoisten aineiden merkintä sisältää materiaalityyppien erittelyn määränpään mukaan. On valimo-, sähkö-, akku-, elementaali-, voitelu- ja kynägrafiittia. Ydinreaktoreissa käytetään myös erikoislaatuja.

Soveltamisala

Grafiitin tietyt ominaisuudet asetetaan tuotannon aikana. Tämän aineen käyttö on täysin heidän vastuullaan. Grafiittia käytetään metallurgiassa tulenkestävien muottien tai kauhojen, säiliöiden valmistukseen. Valuprosessissa esitetystä aineesta saatua jauhetta käytetään voiteluaineena. Yksi tulenkestävien tiilien komponenteista on myös grafiitti. Sitä lisätään seokseen muovien valmistuksessa.

Tätä materiaalia käytetään myös sähkölaitteiden koskettimien valmistukseen. Tätä helpottavat aineen sähköä johtavat ominaisuudet.

Grafiittikynät ovat kenties jokaisen tuttuja. Tätä materiaalia käytetään myös joidenkin maalityyppien valmistuksessa. Tässä tapauksessa käytetään mustaa (eikä harmaata) grafiittia. Tällä maalilla on korroosionestoominaisuuksia.

Keinotekoiset timantit saadaan esitellystä luonnonmineraalista. Niitä käytetään kunraskaiden leikkaustyökalujen tuotanto. Koneteollisuudessa grafiittijauhe toimii laakereiden sekä männän ja tiivisterenkaiden materiaalina. Voiteluaineena se soveltuu polkupyörän ketjujen, auton jousien, ovensaranoiden käsittelyyn.

Jopa monet lääkkeet sisältävät grafiittia.

Ruokasovellukset

Esitettyä ainetta käytetään laajasti myös elintarviketeollisuudessa. Tätä varten se läpikäy tuotannon aikana tietyn käsittelyn. Raudan, etyylialkoholin, grafiitin ja sokerin tiheys on ilmeisistä syistä erilainen. Mutta esitetty materiaali voi sekä sisältää että olla osa joitakin aineita. Sitä löytyy parafiineista, estereistä, alkoholista ja jopa sokerista.

Tämä voidaan varmistaa yksinkertaisella kokeella. Ensin sinun on otettava pala sokeria. Se asetetaan kovan kannen päälle ja peitetään korkilla (voit käyttää sormustetta). Sitten metalli, jolla sokeri on peitetty, kuumennetaan voimakkaasti. Ajan myötä sormustimen alta tulee kirpeää savua. Jos tuot siihen tulitikkua, kaasu palaa.

Kun savu lakkaa leviämästä, voit poistaa sormustimen. Kannen päällä on mustaa massaa. Tämä on hiiltä. Se on hiiltä, josta grafiitti on valmistettu.

Luonnossa oleminen

Grafiittia, jonka tiheys riippuu sen puhtaudesta, löytyy luonnosta melko suuria määriä. Noin 600 tuhatta tonnia tätä ainetta louhitaan vuosittain kaikkialla maailmassa. Suurinsen varannot ovat keskittyneet Meksikoon, Tšekkiin, Kiinaan, Ukrainaan, Brasiliaan, Venäjälle, Kanadaan ja Etelä-Koreaan.

Muinaisista ajoista lähtien grafiittiesiintymät ovat herättäneet ihmiskunnan kiinnostusta. Nykyään näitä luonnonvaroja kehitetään, jotta teollisuudelle saataisiin tarvittavat materiaalit. Grafiittia löytyy graniiteista, kalkkipitoisista kivistä, kiillestä tai gneissistä kuitu- tai kiteisten sulkeumien muodossa. Louhinta suoritetaan avolouhoksella ja maanalaisilla menetelmillä.

Grafiitin hinta

Grafiittia, jonka tiheys ja puhtaus vaikuttavat sen arvoon, myydään nyt varsin kohtuulliseen hintaan. Tähän vaikuttavat sen kiteiden koko sekä hiilipitoisuus. Mitä korkeampi se on, sitä kalliimpaa grafiitti on. Riittävän korkealla hiilipitoisuudella materiaalin fysikaaliset ominaisuudet paranevat. Tämä on arvokasta teollisuudelle monilla eri aloilla.

Tänään grafiitin keskihinta on noin 45 ruplaa/kg. Jos sitä käsitellään keinotekoisesti, kustannukset kasvavat merkittävästi. Luonnollisen mineraalin hinta riippuu myös esiintymän sijainnista.

Tutustumalla grafiitin pääominaisuuksiin ja ominaisuuksiin voimme päätellä, että materiaalin hinta ja tekniset ominaisuudet riippuvat sen tiheydestä. Siksi luonnossa louhittu mineraali käsitellään myöhemmin. Tämä parantaa sen ominaisuuksia.