الجرافيت: الكثافة والخصائص وميزات التطبيق وأنواعه

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

الجرافيت مادة تحدث بشكل طبيعي. هذا أحد تعديلات الكربون ، والذي يتميز بشبكة بلورية معينة. هذا يحدد الخصائص التي يمتلكها الجرافيت. يوجد الكربون في الطبيعة في شكلين رئيسيين. هذه هي الجرافيت والماس. صيغتها الكيميائية متطابقة ، لكن خواصها الفيزيائية مختلفة جذريًا.

إن هيكل الشبكة البلورية هو الذي يؤثر على هذه الخصائص. لديها إلكترونات حرة تحدد الخصائص الفيزيائية للمادة. الجرافيت ، الذي تعتبر كثافته وأنواعه ونطاقه مثيرة للاهتمام للعديد من الصناعات ، يستحق الدراسة بمزيد من التفصيل.

الميزات الأساسية

الجرافيت مادة رمادية ذات لمعان معدني. موصلية حرارية عالية (3.55 واط / درجة / سم). نتيجة لهذا ، يستخدم الجرافيت بنشاط في مختلف الصناعات. هذا الرقم أعلى من رقم الطوب ، والذي يفسره وجود إلكترونات متحركة في الشبكة البلورية. كما أنها تساهم في التوصيل الكهربائي الجيد. في جميع حالات التجمع ، تتميز هذه المادة بمقاومة تيار منخفضة (من 0.4 إلى 0.6 أوم).

الجرافيت مادة خاملة لا تذوب بواسطة مكونات نشطة كيميائيًا. هذا ممكن فقط عندما يدخل وسط المعدن المنصهر بنقطة غليان عالية. يذوب الجرافيت في مثل هذه الظروف تمامًا ، ويشكل الكربيدات.

معامل الاحتكاك المنخفض ونقطة الانصهار العالية ينتج عنه خصائص إحكام جيدة. كثافة الجرافيت (kg / m3) 2.23. ولكن في نفس الوقت ، تنحني المادة وتقطع جيدًا.

هيكل

بالنظر إلى كثافة الجرافيت ، وكذلك الخصائص والأنواع ، من الضروري الانتباه إلى هيكلها. هذه مادة ذات طبقات. تصطف ذرات الكربون في شبكة بلورية تشبه قرص العسل. السداسيات في طبقة واحدة تتناسب بشكل مريح مع بعضها البعض. ومع ذلك ، فإن العلاقة بين كل مستوى ضعيفة. هذه هي الميزة التي تجعل من السهل كسر الجرافيت.

على مقياس موس ، صلابة المادة واحدة. للمقارنة ، هذا المؤشر هو 10 للماس ، و 5 للخزف الحجري. عند درجة حرارة 1500 درجة مئوية ، وفقًا للعلماء ، يمكن تحويل الشبكة البلورية للجرافيت إلى ماس.

أثناء المعالجة الصناعية ، يتغير هيكل المادة. في نفس الوقت ، درجات مختلفة من الجرافيت لها خصائص مختلفة. إذا لم تتم معالجة المادة المستخرجة صناعياً ، فهي نوع طبيعي من المواد.

الجرافيت الطبيعي

يوجد الجرافيت ، الذي تختلف كثافته وخصائصه اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على العلامة التجارية للشركة المصنعة ، في الظروف الطبيعية في متغيرين رئيسيين. النوع الأولدعا سداسية. لها شبكة بلورية يكون فيها نصف الذرات في كل طبقة فوق وتحت مركز الشكل السداسي.

التعديل الثاني هو شكل معين. كل طبقة رابعة تكرر الطبقة الأولى. يحدث هذا التعديل في الطبيعة فقط في شكل شوائب. إذا تم تسخين هذه المادة عند درجة حرارة 2500-3300 كلفن ، فإن شبكتها البلورية ستتحول إلى شبكة سداسية. في ظل الظروف الطبيعية ، غالبًا ما توجد المادة في هذا النموذج.

تكوين

في الطبيعة ، لا يوجد الجرافيت أبدًا في شكله النقي. يحتوي على كمية كبيرة من الرماد (تصل أحيانًا إلى 20٪). يتكون من العديد من المركبات المختلفة (FeO ، MgO ، CuO ، CaO ، إلخ). يمكن أن تحتل الغازات ما يصل إلى 2٪ من كتلة الجرافيت الطبيعي. قد يكون القار والماء موجودين أيضًا.

تختلف كثافة مسحوق الجرافيت باختلاف التشتت ووجود المسام. يمكن تقليل القيمة أعلاه إلى 2.09kg / m3. الجرافيت دهني عند اللمس. إذا أخذتها بيديك ، فستبقى علامة مميزة على أصابعك. لذلك ، يتم إنشاء قضبان لقلم رصاص بسيط من هذه المواد. يترك علامة واضحة على الورق.

الجرافيت الاصطناعي

بالنسبة للإنتاج ، من المهم جدًا مراعاة كثافة الجرافيت. توضح الفيزياء أنه كلما زادت كثافة هذه المادة ، زادت موصليةها الحرارية. يتميز الجرافيت الاصطناعي بدرجة نقاء عالية (تصل إلى 99٪). كما أنه يزيد بشكل كبير من كثافة المادة

يتم إنتاج الجرافيت المكرر بالتأثيرات الحرارية الكيميائية والحرارية الميكانيكية. لكل فرع من فروع الإنتاج ، يتم إنتاج مادة ذات مجموعة معينة من الصفات. هذا يجعل من الممكن تلبية احتياجات الصناعة في الجرافيت بخصائص فيزيائية معينة.

يشمل تصنيف المواد الاصطناعية تفصيلاً لأنواع المواد حسب الوجهة. هناك مسبك ، كهرباء ، بطارية ، عنصري ، تشحيم وقلم رصاص جرافيت. كما توجد درجات خاصة تستخدم في المفاعلات النووية.

نطاق التطبيق

أثناء الإنتاج ، يتم تعيين خصائص معينة من الجرافيت. استخدام هذه المادة متروك لهم تمامًا. يستخدم الجرافيت في علم المعادن في صناعة القوالب المقاومة للحرارة أو المغارف والحاويات. في عملية الصب ، يتم استخدام مسحوق المادة المعروضة كمواد تشحيم. الجرافيت هو أحد مكونات الطوب الحراري. يضاف الى الخليط في صناعة البلاستيك.

تُستخدم هذه المادة أيضًا لتصنيع وصلات الأجهزة الكهربائية. يتم تسهيل ذلك من خلال الخصائص الموصلة للكهرباء للمادة.

أقلام الرصاص الجرافيت معروفة ، ربما ، لكل شخص. تستخدم هذه المادة أيضًا في إنتاج بعض أنواع الدهانات. في هذه الحالة ، يتم استخدام الجرافيت الأسود (وليس الرمادي). هذا الطلاء له خصائص مضادة للتآكل.

يتم الحصول على الماس الاصطناعي من المعادن الطبيعية المعروضة. يتم استخدامها عندماإنتاج أدوات القطع الثقيلة. في الهندسة الميكانيكية ، يعمل مسحوق الجرافيت كمواد للمحامل وكذلك حلقات المكبس والختم. كمادة تشحيم ، فهي مناسبة لمعالجة سلاسل الدراجات ، ونوابض السيارات ، ومفصلات الأبواب.

حتى العديد من الأدوية تحتوي على الجرافيت.

تطبيقات الغذاء

كما تستخدم المادة المعروضة على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية. للقيام بذلك ، أثناء الإنتاج ، يخضع لبعض المعالجة. تختلف كثافة الحديد والكحول الإيثيلي والجرافيت والسكر لأسباب واضحة. لكن يمكن أن تحتوي المادة المقدمة على بعض المواد وتكون جزءًا منها. يوجد في البارافين والإسترات والكحول وحتى السكر.

يمكن التحقق من ذلك عن طريق تجربة بسيطة. تحتاج أولاً إلى تناول قطعة من السكر. يتم وضعها على غطاء صلب ومغطى بغطاء (يمكنك استخدام كشتبان). ثم يتم تسخين المعدن المغطى بالسكر بقوة. بمرور الوقت ، سيخرج دخان لاذع من تحت الكشتبان. إذا أحضرت عود ثقاب إليه ، فسوف يحترق الغاز.

عندما يتوقف الدخان عن الانبعاث ، يمكنك إزالة الكشتبان. توجد كتلة سوداء على الغطاء. هذا فحم. إنه الكربون الذي يتكون منه الجرافيت.

التواجد في الطبيعة

الجرافيت ، الذي تعتمد كثافته على نقاوته ، موجود في الطبيعة بكميات كبيرة إلى حد ما. يتم استخراج حوالي 600 ألف طن من هذه المادة سنويًا في جميع أنحاء العالم. الاكبروتتركز احتياطياتها في المكسيك وجمهورية التشيك والصين وأوكرانيا والبرازيل وروسيا وكندا وكوريا الجنوبية.

منذ العصور القديمة ، أثارت رواسب الجرافيت اهتمام البشرية. اليوم ، يتم تطوير هذه الموارد الطبيعية من أجل تزويد الصناعة بالمواد بالصفات المطلوبة. يوجد الجرافيت في الجرانيت أو الصخور الجيرية أو الميكا أو النيس على شكل شوائب ليفية أو بلورية. يتم التعدين عن طريق حفرة مفتوحة وطرق تحت الأرض.

تكلفة الجرافيت

يُباع الجرافيت ، الذي تؤثر كثافته ونقاوته على قيمته ، بأسعار معقولة إلى حد ما. يتأثر هذا بحجم بلوراته ، وكذلك محتوى الكربون. كلما ارتفع ، كان الجرافيت أغلى. مع وجود نسبة عالية من الكربون بما فيه الكفاية ، تزداد الخواص الفيزيائية للمادة. هذا أمر مهم للصناعة في مجموعة متنوعة من الصناعات.

يبلغ متوسط تكلفة الجرافيت اليوم حوالي 45 روبل / كجم. إذا تم معالجتها بشكل مصطنع ، تزداد التكلفة بشكل كبير. كما أن سعر المعدن الطبيعي يعتمد على مكان الإيداع.

التعرف على الخصائص والخصائص الرئيسية للجرافيت ، يمكننا أن نستنتج أن كلاً من التكلفة والصفات التقنية للمادة تعتمد على كثافتها. لذلك ، فإن المعدن المستخرج في الطبيعة يخضع للمعالجة اللاحقة. هذا يعزز من صفاته.