De meest veelbelovende materialen en toepassingen in de 21e eeuw

Introductie:

Grafiet is een allotrope van elementaire koolstof. De periferie van elk koolstofatoom is verbonden met drie andere koolstofatomen (meerdere zeshoeken gerangschikt in een honingraat) die covalent zijn gebonden om een covalentmolecuul te vormen. Omdat elk koolstofatoom een elektron uitzendt, kunnen die elektronen vrij bewegen, dus grafiet is een elektrische geleider. Grafiet is een van de zachtste mineralen en het gebruik ervan omvat de vervaardiging van potloodlood en smeermiddelen. Koolstof is een niet-metallisch element, gelegen in de IVA-groep van de tweede periode van het periodiek systeem.

karakteristiek

De chemische eigenschappen van elementaire koolstof zijn relatief stabiel bij kamertemperatuur en het is onoplosbaar in water, verdund zuur, verdunde alkali en organische oplosmiddelen; het reageert en brandt met zuurstof bij verschillende hoge temperaturen om kooldioxide of koolmonoxide te genereren; onder halogenen kan alleen fluor direct reageren met elementaire koolstof; Bij hoge temperatuur is elementaire koolstof gemakkelijker te oxideren door zuur; bij hoge temperatuur kan koolstof ook met veel metalen reageren om metaalcarbiden te vormen. Koolstof is reductief en kan metalen smelten bij hoge temperaturen. Grafiet is een kristallijn mineraal van koolstofelementen en het kristalrooster is een zeshoekige gelaagde structuur. De afstand tussen elke meshlaag is 340pm en de afstand tussen koolstofatomen in dezelfde meshlaag is 142pm;. Het behoort tot het zeshoekige kristalsysteem met volledig gelaagd decolleté. Het decolletéoppervlak wordt gedomineerd door moleculaire bindingen, die een zwakkere aantrekkingskracht hebben op moleculen, dus de natuurlijke drijfbaarheid is erg goed. Grafiet, diamant, koolstof 60, koolstofnanobuisjes, enz. zijn allemaal eenvoudige stoffen van koolstof, en het zijn allotropen. De speciale eigenschappen van grafiet, hoge temperatuurbestendigheid: het smeltpunt van grafiet is 3850±50 °C en het kookpunt is 4250 ° C. Zelfs na het branden van de boog bij ultrahoge temperaturen is het gewichtsverlies erg klein en is de thermische uitzettingscoëfficiënt ook erg klein. De sterkte van grafiet neemt toe met toenemende temperatuur. Bij 2000°C verdubbelt de sterkte van grafiet.

weerspannig

In de ijzer- en staalindustrie worden grafietbrekingen gebruikt voor vuurvaste bekledingen van boogovens en zuurstofomvormers, vuurlepelbrekingsvoeringen, enz.; grafietbrekingen zijn voornamelijk integrale gietmaterialen, magnesia koolstofstenen en aluminium grafietbrekingen. Grafiet wordt ook gebruikt als filmvormend materiaal voor poedermetallurgie en metaalgieten. Grafietpoeder wordt toegevoegd aan gesmolten staal om het koolstofgehalte van staal te verhogen, zodat koolstofrijk staal veel uitstekende eigenschappen heeft.

Geleidend materiaal

In de elektrische industrie wordt het gebruikt om elektroden, borstels, koolstofstaven, koolstofbuizen, positieve elektroden van kwikpositieve stroomapparaten, grafietwassers, telefoononderdelen, coatings voor televisiebeeldbuizen, enz. te maken.

Slijtvast smeermateriaal

Grafiet wordt vaak gebruikt als smeermiddel in de machine-industrie. Smeerolie kan niet worden gebruikt onder hoge snelheid, hoge temperatuur en hoge druk, terwijl grafiet slijtvaste materialen kunnen werken bij hoge schuifsnelheden bij een temperatuur van -200 tot 2000 °C zonder smeerolie. Veel apparatuur die corrosieve media vervoert, gebruikt op grote schaal grafietmaterialen om zuigerbekers, afdichtingen en lagers te maken. Ze hoeven geen smeerolie toe te voegen wanneer ze draaien. Grafietemulsie is ook een goed smeermiddel voor veel metaalbewerking (draadtrekken, pijptrekken).

Corrosiebestendige materialen

Speciaal verwerkt grafiet, dat de kenmerken van corrosieweerstand, goede thermische geleidbaarheid, en lage permeabiliteit heeft, wordt wijd gebruikt in de productie van warmtewisselaars, reactietanks, condensatoren, verbrandingstorens, absorptietorens, koelers, verwarmers, en filters, Pompmateriaal. Het wordt wijd gebruikt in petrochemische industrie, hydrometallurgy, zuur-baseproductie, synthetische vezel, papierproductie en andere industriële sectoren, die veel metaalmaterialen kunnen besparen

Metallurgische materialen op hoge temperatuur

Omdat grafiet een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt heeft en bestand is tegen snelle koude en snelle warmteveranderingen, kan het worden gebruikt als een glazen mal. Nadat grafiet is gebruikt, kunnen ferrometalen gietstukken verkrijgen met precieze afmetingen en een hoge oppervlakteafwerkingssnelheid. Het kan worden gebruikt zonder verwerking of een beetje verwerking. Bespaar veel metaal. De productie van gecementeerd carbide en andere poedermetallurgieprocessen gebruikt meestal grafietmaterialen om porseleinen boten te maken voor compressiemallen en sinteren. Enkele kristal silicium kristal groei smeltkroezen, regionale raffinagevaten, steunarmaturen, inductieverwarmers, enz. zijn allemaal gemaakt van hoogzuiver grafiet. Bovendien kan grafiet ook worden gebruikt voor het vacuüm smelten van grafietisolatieplaten en -bases, ovenbuizen met hoge temperatuurbestendigheid en andere componenten.

Atoomenergie- en defensie-industrie

Grafiet heeft een goede neutronenmoderator die wordt gebruikt in atoomreactoren. Uranium-grafietreactoren zijn momenteel de meest gebruikte atoomreactoren. Het vertragingsmateriaal in de kernreactor dat als stroom wordt gebruikt, moet een hoog smeltpunt, stabiliteit en corrosiebestendigheid hebben. Grafiet kan volledig voldoen aan de bovenstaande eisen. De zuiverheid van grafiet dat in atoomreactoren wordt gebruikt, is zeer hoog en het onzuiverheidsgehalte mag niet hoger zijn dan tientallen ppm. Met name het boorgehalte moet lager zijn dan 0,5 ppm. In de nationale defensie-industrie wordt grafiet ook gebruikt voor het maken van raketsproeiers met vaste brandstof, raketneuskegels, delen van lucht- en ruimtevaartapparatuur, warmte-isolatiematerialen en stralingsbeschermingsmaterialen.