Grafitas: tankis, savybės, taikymo ypatybės ir tipai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Grafitas yra natūraliai susidaranti medžiaga. Tai viena iš anglies modifikacijų, kuriai būdinga tam tikra kristalinė gardelė. Tai nustato grafito savybes. Anglis gamtoje randama dviem pagrindinėmis formomis. Tai grafitas ir deimantas. Jų cheminė formulė yra identiška, tačiau jų fizinės savybės iš esmės skiriasi.

Šioms savybėms įtakos turi kristalinės gardelės struktūra. Jame yra laisvųjų elektronų, kurie lemia fizines materijos savybes. Grafitas, kurio tankis, rūšys ir taikymo sritis yra įdomi daugeliui pramonės šakų, verta apsvarstyti išsamiau.

Pagrindinės funkcijos

Grafitas yra pilka medžiaga su metaliniu blizgesiu. Jis pasižymi dideliu šilumos laidumu (3,55 W/deg./cm). Dėl šios priežasties grafitas aktyviai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Šis skaičius yra didesnis nei plytų, o tai paaiškinama mobiliųjų elektronų buvimu kristalinėje gardelėje. Jie taip pat prisideda prie gero elektros laidumo. Visose agregacijos būsenose ši medžiaga pasižymi maža srovės varža (nuo 0,4 iki 0,6 omo).

Grafitas yra inertiška medžiaga, kurios netirpsta chemiškai aktyvūs komponentai. Tai įmanoma tik tada, kai jis patenka į išlydyto metalo terpę su aukšta virimo temperatūra. Grafitas tokiomis sąlygomis visiškai išsilydo, sudarydamas karbidus.

Mažas trinties koeficientas ir aukšta lydymosi temperatūra užtikrina geras sandarinimo savybes. Grafito tankis (kg/m3) yra 2,23. Tačiau tuo pat metu medžiaga gerai lenkia ir pjauna.

Struktūra

Atsižvelgiant į grafito tankį, taip pat į savybes ir rūšis, būtina atkreipti dėmesį į jo struktūrą. Tai sluoksniuota medžiaga. Jo anglies atomai išsirikiuoja į korio pavidalo kristalinę gardelę. Šešiakampiai viename sluoksnyje puikiai dera. Tačiau ryšys tarp kiekvieno lygio yra silpnas. Būtent ši funkcija leidžia lengvai sulaužyti grafitą.

Pagal Moso skalę medžiagos kietumas yra vienas. Palyginimui, deimantams šis rodiklis yra 10, o porceliano keramikai – 5. 1500 ° C temperatūroje, mokslininkų teigimu, grafito kristalinė gardelė gali virsti deimantu.

Pramoninio apdorojimo metu keičiasi medžiagos struktūra. Tuo pačiu metu skirtingos grafito rūšys turi skirtingas savybes. Jei išgauta medžiaga nebuvo dirbtinai apdorota, tai yra natūrali medžiaga.

Natūralus grafitas

Grafitas, kurio tankis ir savybės labai skiriasi priklausomai nuo gamintojo prekės ženklo, natūraliomis sąlygomis randamas 2 pagrindiniais variantais. Pirmas tipasvadinamas šešiakampiu. Jame yra kristalinė gardelė, kurioje pusė atomų kiekviename sluoksnyje yra aukščiau ir žemiau šešiakampio centro.

Antra modifikacija yra romboedras. Kas ketvirtas sluoksnis kartoja pirmąjį. Ši modifikacija gamtoje atsiranda tik priemaišų pavidalu. Jei ši medžiaga kaitinama 2500–3300 K temperatūroje, jos kristalinė gardelė virs šešiakampe. Natūraliomis sąlygomis medžiaga dažniau randama tokia forma.

Sudėtis

Gamtoje gryno grafito niekada nerandama. Jame yra gana daug pelenų (kartais iki 20%). Jį sudaro daugybė skirtingų junginių (FeO, MgO, CuO, CaO ir kt.). Iki 2 % natūralaus grafito masės gali užimti dujos. Taip pat gali būti bitumo ir vandens.

Grafito miltelių tankis skiriasi priklausomai nuo dispersijos, porų buvimo. Aukščiau nurodytą vertę galima sumažinti iki 2,09 kg/m3. Liečiant grafitas yra riebus. Jei paimsite jį rankomis, ant pirštų išliks būdingas ženklas. Todėl iš tokios medžiagos sukuriami strypai paprastam pieštukui. Tai palieka aiškų pėdsaką popieriuje.

Dirbtinis grafitas

Gaminant labai svarbu atsižvelgti į grafito tankį. Fizika aiškiai parodo, kad kuo didesnis šios medžiagos tankis, tuo didesnis jos šilumos laidumas. Dirbtinis grafitas pasižymi dideliu grynumu (iki 99%). Tai taip pat labai padidina medžiagos tankį.

Rafinuoto grafito gamyba vykdoma termocheminiu ir termomechaniniu poveikiu. Kiekvienai gamybos šakai gaminama medžiaga, turinti tam tikrų savybių rinkinį. Tai leidžia patenkinti grafito pramonės poreikius su nurodytomis fizinėmis savybėmis.

Dirbtinių medžiagų ženklinimas apima medžiagų tipų suskirstymą pagal paskirties vietą. Yra liejyklų, elektrokarboninių, baterijų, elementų, tepimo ir pieštukų grafito. Branduoliniuose reaktoriuose taip pat naudojamos specialios klasės.

Taikymo sritis

Gamybos metu nustatomos tam tikros grafito savybės. Šios medžiagos naudojimas priklauso nuo jų pačių. Grafitas naudojamas metalurgijoje gaminant ugniai atsparias formas ar samčius, talpas. Liejimo procese milteliai iš pateiktos medžiagos naudojami kaip tepalas. Vienas iš ugniai atsparių plytų komponentų taip pat yra grafitas. Jis dedamas į mišinį gaminant plastikus.

Ši medžiaga taip pat naudojama elektros prietaisų kontaktams gaminti. Tai palengvina medžiagos elektrai laidžios savybės.

Grafitinius pieštukus žino, ko gero, kiekvienas žmogus. Ši medžiaga taip pat naudojama kai kurių tipų dažų gamyboje. Šiuo atveju naudojamas juodas (o ne pilkas) grafitas. Šie dažai pasižymi antikorozinėmis savybėmis.

Dirbtiniai deimantai gaunami iš pateikto natūralaus mineralo. Jie naudojami, kaididelių apkrovų pjovimo įrankių gamyba. Mechaninėje inžinerijoje grafito milteliai veikia kaip guolių, taip pat stūmoklių ir sandarinimo žiedų medžiaga. Kaip tepalas, tinka apdirbti dviračių grandines, automobilių spyruokles, durų vyrius.

Net daugelyje vaistų yra grafito.

Aplikacijos maistui

Pateikta medžiaga taip pat plačiai naudojama maisto pramonėje. Norėdami tai padaryti, gamybos metu jis tam tikru būdu apdorojamas. Geležies, etilo alkoholio, grafito ir cukraus tankis dėl akivaizdžių priežasčių skiriasi. Tačiau pateiktoje medžiagoje gali būti kai kurių medžiagų ir gali būti jų dalis. Jo yra parafinuose, esteriuose, alkoholyje ir net cukruje.

Tai galima patikrinti paprastu eksperimentu. Pirmiausia reikia paimti gabalėlį cukraus. Jis dedamas ant kieto dangtelio ir uždengiamas dangteliu (galima naudoti antpirštį). Tada metalas, kuriuo dengiamas cukrus, stipriai kaitinamas. Laikui bėgant iš po antpirščio išeis aštrūs dūmai. Jei atnešite degtuką, dujos degs.

Kai dūmai nustos sklisti, galite nuimti antpirštį. Ant dangtelio yra juoda masė. Tai yra anglis. Tai yra anglis, iš kurios pagamintas grafitas.

Būti gamtoje

Grafitas, kurio tankis priklauso nuo jo grynumo, gamtoje randamas gana dideliais kiekiais. Kasmet visame pasaulyje išgaunama apie 600 tūkstančių tonų šios medžiagos. Didžiausiajos atsargos sutelktos Meksikoje, Čekijoje, Kinijoje, Ukrainoje, Brazilijoje, Rusijoje, Kanadoje ir Pietų Korėjoje.

Nuo senų senovės grafito telkiniai kėlė žmonijos susidomėjimą. Šiandien šie gamtos ištekliai yra plėtojami siekiant aprūpinti pramonę reikiamų savybių medžiagomis. Grafitas randamas granituose, kalkingose uolienose, žėrutyje arba gneise pluoštinių arba kristalinių intarpų pavidalu. Kasyba vykdoma atviromis duobėmis ir požeminiais metodais.

Grafito kaina

Grafitas, kurio tankis ir grynumas turi įtakos jo vertei, dabar parduodamas gana priimtinomis kainomis. Tam įtakos turi jo kristalų dydis, taip pat anglies kiekis. Kuo jis didesnis, tuo grafitas brangesnis. Esant pakankamai dideliam anglies kiekiui, padidėja medžiagos fizinės savybės. Tai naudinga pramonei įvairiose pramonės šakose.

Šiandien vidutinė grafito kaina yra apie 45 rubliai/kg. Jei jis buvo apdorotas dirbtinai, kaina žymiai padidėja. Taip pat natūralaus mineralo kaina priklauso nuo telkinio vietos.

Susipažinę su pagrindinėmis grafito savybėmis ir charakteristikomis, galime daryti išvadą, kad ir medžiagos kaina, ir techninės savybės priklauso nuo jos tankio. Todėl gamtoje išgaunamas mineralas vėliau apdorojamas. Tai pagerina jo savybes.