Najsľubnejšie materiály a aplikácie v 21. storočí

Úvod:

Grafit je aloskop elementárneho uhlíka. Periféria každého atómu uhlíka je spojená s tromi ďalšími atómami uhlíka (viaceré šesťuholníky usporiadané do plástu) kovalentne viazanými za vzniku kovalentnej molekuly. Pretože každý atóm uhlíka emituje elektrón, môžu sa tieto elektróny voľne pohybovať, takže grafit je elektrickým vodičom. Grafit je jedným z mäkkých minerálov a jeho použitie zahŕňa výrobu tužín a tukov. Uhlík je nekovový prvok, ktorý sa nachádza v skupine IVA druhej periódy periodickej tabuľky.

Charakteristické

Chemické vlastnosti elementárneho uhlíka sú pri izbovej teplote relatívne stabilné a je nerozpustný vo vode, zriedenej kyseline, zriedených zásadách a organických rozpúšťadlách. reaguje a horí s kyslíkom pri rôznych vysokých teplotách za vzniku oxidu uhličitého alebo oxidu uhoľnatého; spomedzi halogénov môže iba fluór priamo reagovať s elementárnym uhlíkom; Za vysokej teploty sa elementárny uhlík ľahšie oxiduje kyselinou; pri vysokej teplote môže uhlík tiež reagovať s mnohými kovmi za vzniku karbidov kovov. Uhlík je reduktívny a môže taviť kovy pri vysokých teplotách. Grafit je kryštalický minerál z uhlíkových prvkov a jeho kryštálová mriežka je hexagonálna vrstvená štruktúra. Vzdialenosť medzi každou sieťovou vrstvou je 340 ppm a vzdialenosť medzi atómami uhlíka v tej istej sieťovej vrstve je 142 ppm ;. Patrí do šesťuholníkového kryštálového systému s úplným vrstveným štiepením. Na povrchu štiepenia dominujú molekulárne väzby, ktoré majú slabšiu príťažlivosť pre molekuly, takže jeho prirodzená floatabilita je veľmi dobrá. Grafit, diamant, uhlík 60, uhlíkové nanorúrky atď. Sú všetko jednoduché látky uhlíka a sú to alotropy. Špeciálne vlastnosti grafitu, vysoká teplotná odolnosť: teplota topenia grafitu je 3850 ± 50 ° C a teplota varu je 4250 ° C. Aj po spálení oblúka ultravysokou teplotou je úbytok hmotnosti veľmi malý a tiež veľmi malý koeficient tepelnej rozťažnosti. Pevnosť grafitu rastie so zvyšujúcou sa teplotou. Pri 2 000 ° C sa sila grafitu zdvojnásobila.

Žiaruvzdorný

V železiarskom a oceliarskom priemysle sa grafitové žiaruvzdorné materiály používajú na žiaruvzdorné výmurovky oblúkových vysokých pecí a konvertorov kyslíka, panvové žiaruvzdorné výmurovky atď .; grafitové žiaruvzdorné materiály sú hlavne integrálne odlievané materiály, magnéziové uhlíkové tehly a hliníkové grafitové žiaruvzdorné materiály. Grafit sa tiež používa ako filmotvorný materiál pre práškovú metalurgiu a odlievanie kovov. Grafitový prášok sa pridáva do roztavenej ocele na zvýšenie obsahu uhlíka v oceli, takže vysoko uhlíková oceľ má veľa vynikajúcich vlastností.

Vodivý materiál

V elektrotechnickom priemysle sa z neho vyrábajú elektródy, kefy, uhlíkové tyče, uhlíkové trubice, kladné elektródy ortuťových zariadení na kladný prúd, grafitové podložky, časti telefónov, povlaky pre televízne obrazovkové trubice atď.

Mazací materiál odolný proti opotrebovaniu

Grafit sa často používa ako mazivo v strojárskom priemysle. Mazací olej sa nemôže používať pri vysokorýchlostných, vysokoteplotných a vysokotlakových podmienkach, zatiaľ čo grafitové materiály odolné proti opotrebovaniu môžu pracovať bez vysokých mazacích olejov pri vysokých klzných rýchlostiach pri teplote -200 až 2 000 ° C. Mnoho zariadení na prepravu korozívnych médií široko používa grafitové materiály na výrobu piestových pohárov, tesnení a ložísk. Ak sú v prevádzke, nepotrebujú pridávať mazací olej. Grafitová emulzia je tiež dobrým mazivom pre mnoho kovových výrobkov (ťahanie drôtu, ťahanie rúr).

Materiály odolné proti korózii

Špeciálne spracovaný grafit, ktorý má vlastnosti koróznej odolnosti, dobrej tepelnej vodivosti a nízkej priepustnosti, sa široko používa pri výrobe výmenníkov tepla, reakčných nádrží, kondenzátorov, spaľovacích veží, absorpčných veží, chladičov, ohrievačov a filtrov, čerpacích zariadení. . Je široko používaný v petrochemickom priemysle, hydrometalurgii, kyselinovej výrobe, syntetických vláknach, výrobe papiera a ďalších priemyselných odvetviach, ktoré môžu ušetriť veľa kovových materiálov.

Vysokoteplotné hutnícke materiály

Pretože grafit má malý koeficient tepelnej rozťažnosti a vydrží rýchle chladné aj rýchle zmeny tepla, dá sa použiť ako forma na sklo. Po použití grafitu môžu železné kovy získať odliatky s presnými rozmermi a vysokou mierou povrchovej úpravy. Môže byť použitý bez spracovania alebo malého spracovania. Ušetrite veľa kovu. Pri výrobe cementovaného karbidu a iných procesov práškovej metalurgie sa zvyčajne používajú grafitové materiály na výrobu porcelánových člnov na lisovanie foriem a spekanie. Rastové tégliky z monokryštálového kremíka, regionálne rafinačné nádoby, podporné prípravky, indukčné ohrievače atď. Sú vyrobené z vysoko čistého grafitu. Okrem toho sa grafit môže použiť aj na vákuové tavenie grafitových izolačných dosiek a základov, vysokoteplotných rúr na pece a ďalších komponentov.

Atómová energia a obranný priemysel

Grafit má dobrý moderátor neutrónov používaný v atómových reaktoroch. Urán-grafitové reaktory sú v súčasnosti najpoužívanejšími atómovými reaktormi. Spomaľovací materiál používaný v jadrovom reaktore ako energia by mal mať vysoký bod topenia, stabilitu a odolnosť proti korózii. Grafit môže vyššie uvedené požiadavky plne splniť. Čistota grafitu použitého v atómových reaktoroch je veľmi vysoká a obsah nečistôt by nemal presiahnuť desiatky ppm. Najmä obsah bóru by mal byť nižší ako 0,5 ppm. V národnom obrannom priemysle sa grafit používa aj na výrobu raketových dýz na tuhé palivo, kužeľov rakiet, častí leteckých zariadení, tepelnoizolačných materiálov a materiálov na ochranu pred žiarením.