Cele mai promițătoare materiale și aplicații ale secolului XXI

Introducere:

Grafit este un alotrop de carbon elementar. Periferia fiecărui atom de carbon este conectată cu alți trei atomi de carbon (mai mulți hexagoni aranjați într-un fagure de miere) legați covalent pentru a forma o moleculă covalentă. Din moment ce fiecare atom de carbon emite un electron, acei electroni se pot mișca liber, astfel încât grafit este un conductor electric. Grafit este unul dintre cele mai moi minerale, iar utilizările sale includ fabricarea de plumb creion și lubrifianți. Carbonul este un element nemetalic, situat în grupul IVA din a doua perioadă a tabelului periodic.

caracteristic

Proprietățile chimice ale carbonului elementar sunt relativ stabile la temperatura camerei și sunt insolubile în apă, diluează acidul, diluează alcalii și solvenții organici; reacționează și arde cu oxigen la diferite temperaturi ridicate pentru a genera dioxid de carbon sau monoxid de carbon; printre halogeni, numai fluorul poate reacționa direct cu carbonul elementar; La temperatură ridicată, carbonul elementar este mai ușor de oxidat de acid; la temperatură ridicată, carbonul poate reacționa, de asemenea, cu multe metale pentru a forma carburi metalice. Carbonul este reductiv și poate mirosi metalele la temperaturi ridicate. Grafit este un mineral cristalin de elemente de carbon, și zăbrele sale de cristal este o structură hexagonală stratificat. Distanța dintre fiecare strat de plasă este de 340pm, iar distanța dintre atomii de carbon din același strat de plasă este de 142pm;. Aparține sistemului de cristale hexagonale cu decolteu stratificat complet. Suprafața decolteului este dominată de legături moleculare, care au o atracție mai slabă față de molecule, astfel încât flotabilitatea sa naturală este foarte bună. Grafit, diamant, carbon 60, nanotuburi de carbon, etc sunt toate substanțe simple de carbon, și sunt alotropi. Proprietățile speciale ale grafitului, rezistența la temperatură ridicată: punctul de topire al grafitului este de 3850±50 °C, iar punctul de fierbere este de 4250 °C. Chiar și după arderea arcului de temperatură ultra-ridicată, pierderea în greutate este foarte mică, iar coeficientul de dilatare termică este, de asemenea, foarte mic. Rezistența grafitului crește odată cu creșterea temperaturii. La 2000 °C, rezistența grafitului se dublează.

Refractare

În industria siderurgică, refractarele grafitului sunt utilizate pentru căptușelile refractare ale furnalelor cu arc și convertizoarelor de oxigen, căptușeli refractare pentru polonic etc.; refractare grafit sunt în principal materiale integrale de turnare, cărămizi de carbon de magneziu și refractare grafit din aluminiu. Grafit este, de asemenea, utilizat ca un material de formare a filmului pentru metalurgie pulbere și turnare de metal. Pulberea de grafit este adăugată la oțelul topit pentru a crește conținutul de carbon al oțelului, astfel încât oțelul cu conținut ridicat de carbon are multe proprietăți excelente.

Material conductiv

În industria electrică, este utilizat pentru a face electrozi, perii, tije de carbon, tuburi de carbon, electrozi pozitivi ai dispozitivelor de curent pozitiv cu mercur, șaibe de grafit, piese de telefon, acoperiri pentru tuburi de imagine de televiziune etc.

Material lubrifiant rezistent la uzură

Grafit este adesea folosit ca un lubrifiant în industria utilajelor. Uleiul lubrifiant nu poate fi utilizat în condiții de mare viteză, temperatură ridicată și înaltă presiune, în timp ce materialele rezistente la uzura grafitului pot funcționa la viteze mari de alunecare la o temperatură de -200 până la 2000 ° C fără ulei lubrifiant. Multe echipamente care transportă medii corozive utilizează pe scară largă materiale din grafit pentru a face cupe cu piston, sigilii și rulmenți. Nu trebuie să adauge ulei lubrifiant atunci când rulează. Emulsia de grafit este, de asemenea, un lubrifiant bun pentru multe prelucrări metalice (desen de sârmă, desen de țeavă).

Materiale rezistente la coroziune

Grafit special prelucrate, care are caracteristicile de rezistenta la coroziune, conductivitate termică bună, și permeabilitate scăzută, este utilizat pe scară largă în producția de schimbătoare de căldură, rezervoare de reacție, condensatoare, turnuri de ardere, turnuri de absorbție, coolere, încălzitoare, și filtre, echipamente de pompare. Este utilizat pe scară largă în industria petrochimică, hidrometalurgie, producția de bază acidă, fibre sintetice, fabricarea hârtiei și alte sectoare industriale, care pot economisi o mulțime de materiale metalice

Materiale metalurgice la temperatură ridicată

Deoarece grafit are un coeficient mic de dilatare termică și poate rezista la schimbări rapide de căldură rece și rapidă, acesta poate fi folosit ca o matriță de sticlă. După ce se utilizează grafit, metalele feroase pot obține piese turnate cu dimensiuni precise și o rată ridicată de finisare a suprafeței. Poate fi folosit fără procesare sau puțină procesare. Economisește mult metal. Producția de carbură cimentată și alte procese de metalurgie pulbere utilizează de obicei materiale de grafit pentru a face bărci de porțelan pentru matrițe de compresie și sinterizare. Creuzetele de creștere cu un singur cristal de siliciu, vasele regionale de rafinare, corpurile de sprijin, încălzitoarele de inducție etc. sunt toate realizate din grafit de înaltă puritate. În plus, grafit poate fi, de asemenea, utilizat pentru topirea în vid plăci de izolație grafit și baze, tuburi cuptor de rezistență la temperatură ridicată și alte componente.

Industria energiei atomice și a apărării

Grafit are un moderator bun neutron utilizate în reactoare atomice. Reactoarele uraniu-grafit sunt în prezent cele mai utilizate reactoare atomice. Materialul de decelerare din reactorul nuclear utilizat ca putere ar trebui să aibă un punct de topire ridicat, stabilitate și rezistență la coroziune. Grafit poate îndeplini pe deplin cerințele de mai sus. Puritatea grafitului utilizat în reactoarele atomice este foarte mare, iar conținutul de impurități nu trebuie să depășească zeci de ppm. În special, conținutul de bor trebuie să fie mai mic de 0,5 ppm. În industria națională de apărare, grafitul este, de asemenea, utilizat pentru a face duze de rachete cu combustibil solid, conuri de nas de rachete, părți ale echipamentelor aerospațiale, materiale de izolare termică și materiale de protecție împotriva radiațiilor.