Najbolj obetavni materiali in aplikacije v 21. stoletju

Uvod:

Grafit je alotrop elementarnega ogljika. Obrobje vsakega ogljikovega atoma je povezano s tremi drugimi atomi ogljika (več šesterokotnikov, razporejenih v satju), ki so kovalentno vezani in tvorijo kovalentno molekulo. Ker vsak atom ogljika odda elektron, se ti elektroni lahko prosto gibljejo, zato je grafit električni vodnik. Grafit je eden najmehkejših mineralov, njegova uporaba pa vključuje izdelavo svinčnikov in maziv. Ogljik je nekovinski element, ki se nahaja v skupini IVA v drugem obdobju periodnega sistema.

Značilno

Kemijske lastnosti elementarnega ogljika so pri sobni temperaturi razmeroma stabilne in je netopen v vodi, razredčeni kislini, razredčenih alkalijah in organskih topilih; reagira in gori s kisikom pri različnih visokih temperaturah, da tvori ogljikov dioksid ali ogljikov monoksid; med halogeni lahko le fluor neposredno reagira z osnovnim ogljikom; Pod visokimi temperaturami je elementarni ogljik lažje oksidiran s kislino; pri visoki temperaturi lahko ogljik reagira tudi s številnimi kovinami in tvori kovinske karbide. Ogljik je redukcijski in lahko kovi pri visokih temperaturah. Grafit je kristalni mineral ogljikovih elementov, njegova kristalna mreža pa je šesterokotna večplastna struktura. Razdalja med vsako mrežno plastjo je 340 pm, razdalja med atomi ogljika v isti mrežasti plasti pa 142pm ;. Spada v heksagonalni kristalni sistem s popolno večplastno cepitvijo. Na površini cepitve prevladujejo molekularne vezi, ki imajo šibkejšo privlačnost za molekule, zato je njegova naravna plovnost zelo dobra. Grafit, diamant, ogljik 60, ogljikove nanocevke itd. So vse preproste snovi ogljika in so alotropi. Posebne lastnosti grafita, odpornost na visoke temperature: tališče grafita je 3850 ± 50 ° C, vrelišče pa 4250 ° C. Tudi po izgorevanju obloka z zelo visoko temperaturo je izguba teže zelo majhna, zelo majhen pa je tudi koeficient toplotnega raztezanja. Moč grafita narašča z naraščanjem temperature. Pri 2000 ° C se trdnost grafita podvoji.

Ognjevzdržni

V železarski in jeklarski industriji se grafitni ognjevzdržni materiali uporabljajo za ognjevzdržne obloge obločnih plavžev in pretvornikov kisika, ognjevzdržne obloge itd. grafitni ognjevzdržni materiali so v glavnem sestavni materiali za ulivanje, ogljikove opeke iz magnezijevega oksida in ognjevzdržni materiali iz aluminija. Grafit se uporablja tudi kot material, ki tvori film za metalurgijo v prahu in ulivanje kovin. Staljenemu jeklu se doda grafit v prahu, da se poveča vsebnost ogljika v jeklu, tako da ima visokoogljično jeklo številne odlične lastnosti.

Prevodni material

V elektroindustriji se uporablja za izdelavo elektrod, ščetk, ogljikovih palic, ogljikovih cevi, pozitivnih elektrod živosrebrnih pozitivnih tokov, grafitnih podložk, telefonskih delov, prevlek za televizijske slikovne cevi itd.

Mazalni material, odporen proti obrabi

Grafit se pogosto uporablja kot mazivo v strojni industriji. Mazalnega olja ni mogoče uporabljati v pogojih visoke hitrosti, visoke temperature in visokega tlaka, medtem ko materiali iz grafita, odporni proti obrabi, lahko delujejo pri visokih drsnih hitrostih pri temperaturi od -200 do 2000 ° C brez mazalnega olja. Številna oprema za prevoz korozivnih medijev pogosto uporablja grafitne materiale za izdelavo batnih skodelic, tesnil in ležajev. Ko tečejo, jim ni treba dodajati mazalnega olja. Grafitna emulzija je tudi dobro mazivo za številne obdelave kovin (vlečenje žice, vlečenje cevi).

Materiali, odporni proti koroziji

Posebej predelani grafit, ki ima lastnosti korozijske odpornosti, dobre toplotne prevodnosti in nizke prepustnosti, se pogosto uporablja pri proizvodnji toplotnih izmenjevalnikov, reakcijskih rezervoarjev, kondenzatorjev, zgorevalnih stolpov, absorpcijskih stolpov, hladilnikov, grelnikov in filtrov, opreme črpalke . Veliko se uporablja v petrokemični industriji, hidrometalurgiji, kislinsko-bazični proizvodnji, sintetičnih vlaknih, papirstvu in drugih industrijskih sektorjih, kar lahko prihrani veliko kovinskih materialov

Metalurški materiali za visoke temperature

Ker ima grafit majhen koeficient toplotnega raztezanja in lahko prenese hitre mraz in hitre spremembe toplote, ga lahko uporabimo kot stekleni kalup. Po uporabi grafita lahko železne kovine dobijo ulitke z natančnimi dimenzijami in visoko stopnjo površinske obdelave. Uporablja se lahko brez obdelave ali malo obdelave. Prihranite veliko kovine. Za izdelavo cementiranega karbida in drugih postopkov metalurgije v prahu se običajno uporabljajo grafitni materiali za izdelavo porcelanskih čolnov za stiskanje kalupov in sintranje. Lončki za rast kristalov silicijevega kristala, regionalne posode za rafiniranje, podporni elementi, indukcijski grelniki itd. So izdelani iz grafita visoke čistosti. Poleg tega se grafit lahko uporablja tudi za vakuumsko taljenje grafitnih izolacijskih plošč in podstavkov, visokotemperaturnih cevi za peč in drugih komponent.

Atomska energija in obrambna industrija

Grafit ima dober nevtronski moderator, ki se uporablja v atomskih reaktorjih. Reaktorji uran-grafit so trenutno najpogosteje uporabljeni atomski reaktorji. Pojemek v jedrskem reaktorju, ki se uporablja kot energija, mora imeti visoko tališče, stabilnost in odpornost proti koroziji. Grafit lahko v celoti izpolnjuje zgornje zahteve. Čistost grafita, ki se uporablja v atomskih reaktorjih, je zelo visoka, vsebnost nečistoč pa ne sme presegati deset ppm. Zlasti vsebnost bora mora biti manjša od 0,5 ppm. V nacionalni obrambni industriji se grafit uporablja tudi za izdelavo raketnih šob za trda goriva, stožcev nosilcev raket, delov vesoljske opreme, materialov za toplotno izolacijo in materialov za zaščito pred sevanjem.