Nejslibnější materiály a aplikace 21. století

Úvod:

Grafit je ajotrop elementárního uhlíku. Periferie každého atomu uhlíku je spojena se třemi dalšími atomy uhlíku (více šestiúhelníky uspořádanými ve voštinách) kovalentně spojenými s vytvořením kovalentní molekuly. Vzhledem k tomu, že každý atom uhlíku vyzařuje elektron, tyto elektrony se mohou volně pohybovat, takže grafit je elektrický vodič. Grafit je jedním z nejměkčích minerálů a jeho použití zahrnuje výrobu kabelů a maziv. Uhlík je nekovový prvek, který se nachází ve skupině IVA ve druhém období periodické tabulky.

charakteristický

Chemické vlastnosti elementárního uhlíku jsou při pokojové teplotě relativně stabilní a jsou nerozpustné ve vodě, zředěné kyselině, zředěných alkalických a organických rozpouštědlech; reaguje a hoří kyslíkem při různých vysokých teplotách, aby vytvořil oxid uhličitý nebo oxid uhelnatý; mezi halogeny může přímo reagovat pouze fluor s elementárním uhlíkem; Při vysoké teplotě se elementární uhlík snadněji oxiduje kyselinou; při vysoké teplotě může uhlík také reagovat s mnoha kovy a vytvářet karbidy kovů. Uhlík je reduktivní a může při vysokých teplotách týchá kovy. Grafit je krystalický minerál uhlíkových prvků a jeho krystalická mřížka je šestiúhelníková vrstvená struktura. Vzdálenost mezi každou vrstvou sítě je 340 hodin a vzdálenost mezi atomy uhlíku ve stejné vrstvě sítě je 142 hodin; Patří do šestiúhelníkového krystalového systému s kompletním vrstvenou výstřihem. Povrchu štěpení dominují molekulární vazby, které mají slabší přitažlivost k molekulám, takže jeho přirozená pohyblivost je velmi dobrá. Grafit, diamant, uhlík 60, uhlíkové nanotrubiky atd. jsou jednoduché látky uhlíku a jsou to atropy. Zvláštní vlastnosti grafitu, vysoká teplotní odolnost: bod tání grafitu je 3850±50 °C a bod varu je 4250 °C. I po velmi vysoké teplotě oblouku hoření, hubnutí je velmi malý, a tepelný expanzní koeficient je také velmi malý. Síla grafitu se zvyšuje se zvyšující se teplotou. Při teplotě 2000 °C se síla grafitu zdvojnásobí.

žáruvzdorný

V železárně a oceli se grafitové refraktáty používají pro žáruvzdorná obložení obloukových vysokých pecí a měničů kyslíku, naběracích žáruvzdorné obložení atd.; grafitové refraktáty jsou především integrální odlévací materiály, magnezitové uhlíkové cihly a hliníkové grafitové refraktáty. Grafit se také používá jako filmotvorný materiál pro práškovou metalurgii a lití kovů. Grafitový prášek se přidává do roztavené oceli, aby se zvýšil obsah uhlíku v oceli, takže vysokokahlíková ocel má mnoho vynikajících vlastností.

Vodivý materiál

V elektrotechnice se používá k elektrodám, kartáčům, uhlíkovým tyčím, uhlíkovým trubicím, pozitivním elektrodám zařízení s pozitivním proudem rtuti, grafitovým podložkám, telefonním dílům, povlakům pro televizní obrazové trubice atd.

Mazací materiál odolný proti opotřebení

Grafit se často používá jako mazivo ve strojírenství. Mazací olej nelze použít za vysokorychlostních, vysokoteplotních a vysokotlaké podmínky, zatímco grafitové materiály odolné proti opotřebení mohou pracovat při vysokých posuvných rychlostech při teplotě -200 až 2000 °C bez mazaného oleje. Mnoho zařízení, která přepravují korozivní média, široce používá grafitové materiály k použití pístových kelímků, těsnění a ložisek. Při běhu nemusí přidávat mazací olej. Grafitová emulze je také dobrým mazivem pro mnoho zpracování kovů (kreslení drátů, kreslení trubek).

Materiály odolné proti korozi

Speciálně zpracovaný grafit, který má vlastnosti odolnosti proti korozi, dobré tepelné vodivosti a nízké prostupnosti, se široce používá při výrobě výměníků tepla, reakčních nádrží, kondenzátorů, spalovacích věží, absorpčních věží, chladičů, ohřívačů a filtrů , zařízení čerpadla. Je široce používán v petrochemickém průmyslu, hydrometalurgii, výrobě kyselých základů, syntetických vláknech, papírenství a dalších průmyslových odvětvích, což může ušetřit mnoho kovových materiálů

Vysokoteplotní hutní materiály

Vzhledem k tomu, že grafit má malý koeficient tepelné roztažitelky a vydrží rychlé studené a rychlé změny tepla, může být použit jako skleněná forma. Po použití grafitu mohou železné kovy získat odlitky s přesnými rozměry a vysokou povrchovou úpravou. Může být použit bez zpracování nebo malého zpracování. Ušetřete spoustu kovu. Výroba cementovaných karbidových a jiných procesů práškové metalurgie obvykle používá grafitové materiály k výrobě porcelánových člunů pro kompresní formy a slinování. Jednokřiční křemíkové krystalové růstové kelímky, regionální rafinérské nádoby, podpůrná svítidla, indukční ohřívače atd. jsou vyrobeny z grafitu s vysokou čistotou. Grafit lze navíc použít i pro vakuové tavení grafitových izolačních desek a základen, vysokoteplotních odporových pecních trubek a dalších komponentů.

Atomový energetický a obranný průmysl

Grafit má dobrého neutronového moderátora používaného v atomových reaktorech. Uran-grafitové reaktory jsou v současné době nejrozšířenějšími atomovými reaktory. Zpomalovací materiál v jaderném reaktoru používaném jako výkon by měl mít vysoký bod tání, stabilitu a odolnost proti korozi. Grafit může plně splňovat výše uvedené požadavky. Čistota grafitu používaného v atomových reaktorech je velmi vysoká a obsah nečistot by neměl překročit desítky ppm. Zejména obsah bóru by měl být menší než 0,5 ppm. V národním obranném průmyslu se grafit také používá k firmě raketových trysek na tuhá paliva, kornoutů raketového nosu, částí leteckého vybavení, tepelně izolačních materiálů a materiálů radiační ochrany.