Grafit: sűrűség, tulajdonságok, alkalmazási jellemzők és típusok

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A grafit a természetben előforduló anyag. Ez a szén egyik módosulása, amelyet egy bizonyos kristályrács jellemez. Ez határozza meg a grafit tulajdonságait. A szén a természetben két fő formában fordul elő. Ezek a grafit és a gyémánt. Kémiai képletük azonos, de fizikai tulajdonságaik gyökeresen különböznek.

A kristályrács szerkezete befolyásolja ezeket a jellemzőket. Szabad elektronjai vannak, amelyek meghatározzák az anyag fizikai tulajdonságait. A grafitot, amelynek sűrűsége, típusai és kiterjedése számos iparág számára érdekes, érdemes részletesebben is megvizsgálni.

Alapvető funkciók

A grafit szürke anyag, fémes fényű. Magas hővezető képességgel rendelkezik (3,55 W/fok/cm). Ennek köszönhetően a grafitot aktívan használják különféle iparágakban. Ez a szám magasabb, mint a téglánál, ami a kristályrácsban lévő mobil elektronok jelenlétével magyarázható. Ezenkívül hozzájárulnak a jó elektromos vezetőképességhez. Ezt az anyagot minden aggregációs állapotban alacsony áramellenállás jellemzi (0,4-0,6 ohm).

A grafit inert anyag, amelyet kémiailag aktív komponensek nem oldanak fel. Ez csak akkor lehetséges, ha magas forráspontú olvadt fém közegébe kerül. A grafit ilyen körülmények között teljesen megolvad, és karbidokat képez.

Az alacsony súrlódási együttható és a magas olvadáspont jó tömítési tulajdonságokat eredményez. A grafit sűrűsége (kg/m3) 2,23, ugyanakkor az anyag jól hajlik és vág.

Struktúra

Figyelembe véve a grafit sűrűségét, valamint tulajdonságait és típusait, figyelni kell a szerkezetére. Ez egy réteges anyag. Szénatomjai méhsejtszerű kristályrácsban sorakoznak fel. A hatszögek egy rétegben szorosan illeszkednek egymáshoz. Az egyes szintek közötti kapcsolat azonban gyenge. Ez a funkció teszi egyszerűvé a grafit feltörését.

A Mohs-skálán az anyag keménysége egy. Összehasonlításképpen ez a mutató gyémántnál 10, porcelán kőedényeknél 5. A tudósok szerint 1500 °C hőmérsékleten a grafit kristályrácsa gyémánttá alakulhat.

Az ipari feldolgozás során az anyag szerkezete megváltozik. Ugyanakkor a különböző minőségű grafitok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ha a kivont anyagot nem dolgozták fel mesterségesen, akkor ez természetes típusú anyag.

Természetes grafit

A grafit, melynek sűrűsége és tulajdonságai jelentősen eltérnek a gyártó márkájától függően, természetes körülmények között 2 fő változatban található meg. Első típushatszögletűnek nevezzük. Van egy kristályrácsa, amelyben minden rétegben az atomok fele a hatszög középpontja felett és alatt van.

A második módosítás romboéderes. Minden negyedik réteg megismétli az elsőt. Ez a módosulás a természetben csak szennyeződések formájában fordul elő. Ha ezt az anyagot 2500-3300 K hőmérsékletre melegítjük, akkor a kristályrács hatszögletűvé válik. Természetes körülmények között az anyag gyakrabban található meg ebben a formában.

Összetétel

A természetben a grafit soha nem található meg tiszta formájában. Meglehetősen nagy mennyiségű hamut tartalmaz (néha akár 20%). Sok különböző vegyületből áll (FeO, MgO, CuO, CaO stb.). A természetes grafit tömegének legfeljebb 2%-át gázok foglalhatják el. Bitumen és víz is jelen lehet.

A grafitpor sűrűsége a diszperziótól és a pórusok jelenlététől függően változik. A fenti érték 2,09kg/m3-ra csökkenthető. A grafit tapintásra zsíros. Ha a kezével veszi, jellegzetes nyom marad az ujjain. Ezért az egyszerű ceruzához való rudakat ilyen anyagból készítik. Egyértelmű nyomot hagy a papíron.

Mesterséges grafit

A gyártásnál nagyon fontos figyelembe venni, hogy mekkora a grafit sűrűsége. A fizika egyértelművé teszi, hogy minél nagyobb ennek az anyagnak a sűrűsége, annál nagyobb a hővezető képessége. A mesterséges grafitot nagy tisztaság jellemzi (akár 99%). Nagymértékben növeli az anyag sűrűségét is.

A finomított grafit előállítása termokémiai és termomechanikai hatásokkal történik. Minden termelési ághoz egy bizonyos tulajdonságokkal rendelkező anyagot állítanak elő. Ez lehetővé teszi, hogy adott fizikai jellemzőkkel kielégítsük a grafitipar igényeit.

A mesterséges anyagok címkézése tartalmazza az anyagtípusok rendeltetési hely szerinti bontását. Létezik öntöde, elektrokarbon, akkumulátor, elemi, kenőanyag és ceruzagrafit. Az atomreaktorokban speciális minőségeket is használnak.

Alkalmazási kör

A gyártás során a grafit bizonyos tulajdonságai beállnak. Ennek az anyagnak a használata teljes mértékben rajtuk múlik. A grafitot a kohászatban tűzálló formák vagy üstök, tartályok gyártására használják. Az öntési folyamat során a bemutatott anyagból származó port kenőanyagként használják. A tűzálló téglák egyik alkotóeleme a grafit is. Műanyaggyártáskor adják a keverékhez.

Ezt az anyagot elektromos készülékek érintkezőinek gyártásához is használják. Ezt elősegítik az anyag elektromos vezető tulajdonságai.

A grafit ceruzákat talán mindenki ismeri. Ezt az anyagot bizonyos típusú festékek előállításához is használják. Ebben az esetben fekete (és nem szürke) grafitot használnak. Ez a festék korróziógátló tulajdonságokkal rendelkezik.

A mesterséges gyémántokat a bemutatott természetes ásványból nyerik. Akkor használják őketnagy teherbírású vágószerszámok gyártása. A gépészetben a grafitpor csapágyak, valamint dugattyúk és tömítőgyűrűk anyagaként működik. Kenőanyagként alkalmas kerékpárláncok, autórugók, ajtópántok megmunkálására.

Még sok gyógyszer is tartalmaz grafitot.

Élelmiszer-alkalmazások

A bemutatott anyagot az élelmiszeriparban is széles körben használják. Ehhez a gyártás során bizonyos feldolgozáson esik át. A vas, az etil-alkohol, a grafit és a cukor sűrűsége nyilvánvaló okokból eltérő. De a bemutatott anyag tartalmazhat bizonyos anyagokat és része is lehet. Paraffinokban, észterekben, alkoholban és még cukorban is megtalálható.

Ez egy egyszerű kísérlettel ellenőrizhető. Először is kell venni egy darab cukrot. Kemény fedélre helyezzük, és kupakkal lefedjük (gyűszűt használhatunk). Ezután a fémet, amellyel a cukrot borítják, erősen felmelegítjük. Idővel fanyar füst jön ki a gyűszű alól. Ha gyufát viszel rá, akkor ég a gáz.

Amikor a füst megszűnik, eltávolíthatja a gyűszűt. A fedőn fekete massza van. Ez szén. Ez az a szén, amelyből a grafit készül.

A természetben lenni

A grafit, amelynek sűrűsége a tisztaságától függ, meglehetősen nagy mennyiségben fordul elő a természetben. Ebből az anyagból évente mintegy 600 ezer tonnát bányásznak világszerte. A legnagyobbtartalékai Mexikóban, a Cseh Köztársaságban, Kínában, Ukrajnában, Brazíliában, Oroszországban, Kanadában és Dél-Koreában koncentrálódnak.

A grafitlerakódások ősidők óta felkeltették az emberiség érdeklődését. Ma ezeket a természeti erőforrásokat fejlesztik annak érdekében, hogy az ipart a szükséges minőségű anyagokkal lássák el. A grafit gránitokban, meszes kőzetekben, csillámban vagy gneiszben található rostos vagy kristályos zárványok formájában. A bányászat külszíni és földalatti módszerekkel történik.

Grafitköltség

A grafitot, amelynek sűrűsége és tisztasága befolyásolja az értékét, most meglehetősen kedvező áron értékesítik. Ezt a kristályok mérete, valamint a széntartalom befolyásolja. Minél magasabb, annál drágább a grafit. Kellően magas széntartalom mellett az anyag fizikai tulajdonságai javulnak. Ez értékes az ipar számára számos iparágban.

Ma a grafit átlagos ára körülbelül 45 rubel/kg. Ha mesterségesen dolgozzák fel, a költség jelentősen megnő. A természetes ásvány ára a lelőhely helyétől is függ.

A grafit főbb tulajdonságait és jellemzőit ismerve arra a következtetésre juthatunk, hogy az anyag költsége és műszaki tulajdonságai egyaránt függnek a sűrűségétől. Ezért a természetben bányászott ásványt utólagos feldolgozásnak vetik alá. Ez javítja a tulajdonságait.