Самые многообещающие материалы и применения в 21 веке

Вступление:

Графит - это аллотроп элементарного углерода. Периферия каждого атома углерода связана с тремя другими атомами углерода (несколько шестиугольников, расположенных в виде сот), ковалентно связанных с образованием ковалентной молекулы. Поскольку каждый атом углерода излучает электрон, эти электроны могут свободно перемещаться, поэтому графит является электрическим проводником. Графит - один из самых мягких минералов, и его использование включает производство грифелей для карандашей и смазок. Углерод - неметаллический элемент, расположенный в группе IVA второго периода таблицы Менделеева.

Характерная черта

Химические свойства элементарного углерода относительно стабильны при комнатной температуре, он нерастворим в воде, разбавленной кислоте, разбавленной щелочи и органических растворителях; он реагирует и горит с кислородом при различных высоких температурах с образованием диоксида углерода или оксида углерода; среди галогенов только фтор может напрямую реагировать с элементарным углеродом; При высокой температуре элементарный углерод легче окисляется кислотой; при высокой температуре углерод также может реагировать со многими металлами с образованием карбидов металлов. Углерод является восстановителем и может плавить металлы при высоких температурах. Графит представляет собой кристаллический минерал углеродных элементов, а его кристаллическая решетка представляет собой гексагональную слоистую структуру. Расстояние между каждым ячеистым слоем составляет 340 мкм, а расстояние между атомами углерода в одном и том же ячеистом слое составляет 142 мкм. Он относится к гексагональной кристаллической системе с полным слоистым сколом. На поверхности скола преобладают молекулярные связи, которые имеют более слабое притяжение к молекулам, поэтому ее естественная плавучесть очень хорошая. Графит, алмаз, углерод 60, углеродные нанотрубки и т. Д. - все это простые вещества углерода, и они являются аллотропами. Особые свойства графита, высокая термостойкость: температура плавления графита составляет 3850 ± 50 ° C, а температура кипения - 4250 ° C. Даже после горения дуги сверхвысокой температуры потеря веса очень мала, и коэффициент теплового расширения также очень мал. Прочность графита увеличивается с повышением температуры. При 2000 ° C прочность графита увеличивается вдвое.

Огнеупорный

В черной металлургии графитовые огнеупоры используются для изготовления огнеупорных футеровок дуговых доменных печей и кислородных конвертеров, огнеупорных футеровок ковшей и т. Д .; Графитовые огнеупоры в основном представляют собой цельные литейные материалы, магнезиально-углеродные кирпичи и алюминиево-графитовые огнеупоры. Графит также используется как пленкообразующий материал для порошковой металлургии и литья металлов. Графитовый порошок добавляется в жидкую сталь для увеличения содержания углерода в стали, благодаря чему высокоуглеродистая сталь обладает множеством превосходных свойств.

Проводящий материал

В электротехнической промышленности он используется для изготовления электродов, щеток, угольных стержней, угольных трубок, положительных электродов ртутных устройств положительного тока, графитовых шайб, деталей телефонов, покрытий для телевизионных кинескопов и т. Д.

Износостойкий смазочный материал

Графит часто используется в качестве смазки в машиностроении. Смазочное масло нельзя использовать в условиях высоких скоростей, высоких температур и высокого давления, в то время как графитовые износостойкие материалы могут работать на высоких скоростях скольжения при температуре от -200 до 2000 ° C без смазочного масла. Во многих оборудовании для транспортировки агрессивных сред широко используются графитовые материалы для изготовления поршневых колпачков, уплотнений и подшипников. Во время работы им не нужно добавлять смазочное масло. Графитовая эмульсия также является хорошей смазкой для обработки многих металлов (волочение проволоки, волочение труб).

Коррозионностойкие материалы

Специально обработанный графит, обладающий характеристиками коррозионной стойкости, хорошей теплопроводности и низкой проницаемости, широко используется в производстве теплообменников, реакционных резервуаров, конденсаторов, башен сгорания, абсорбционных башен, охладителей, нагревателей и фильтров, насосного оборудования. . Он широко используется в нефтехимической промышленности, гидрометаллургии, кислотно-щелочном производстве, производстве синтетических волокон, производстве бумаги и других отраслях промышленности, что позволяет сэкономить много металлических материалов.

Высокотемпературные металлургические материалы

Поскольку графит имеет небольшой коэффициент теплового расширения и может выдерживать быстрые холода и быстрые тепловые изменения, его можно использовать в качестве формы для стекла. После использования графита из черных металлов можно получать отливки с точными размерами и высокой степенью чистоты поверхности. Его можно использовать без обработки или небольшой обработки. Сэкономьте много металла. В производстве цементированного карбида и других процессах порошковой металлургии обычно используются графитовые материалы для изготовления фарфоровых лодочек для пресс-форм и спекания. Тигли для выращивания кристаллов монокристалла кремния, региональные рафинировочные сосуды, опорные приспособления, индукционные нагреватели и т. Д. - все это сделано из графита высокой чистоты. Кроме того, графит может также использоваться для вакуумной плавки графитовых изоляционных плит и оснований, труб для высокотемпературных печей сопротивления и других компонентов.

Атомная энергетика и оборонная промышленность

Графит имеет хороший замедлитель нейтронов, используемый в атомных реакторах. Уран-графитовые реакторы в настоящее время являются наиболее широко используемыми атомными реакторами. Материал замедления в ядерном реакторе, используемый в качестве энергии, должен иметь высокую температуру плавления, стабильность и коррозионную стойкость. Графит полностью отвечает указанным требованиям. Чистота графита, используемого в атомных реакторах, очень высока, а содержание примесей не должно превышать десятков ppm. В частности, содержание бора должно быть менее 0,5 частей на миллион. В оборонной промышленности страны графит также используется для изготовления сопел твердотопливных ракет, носовых обтекателей ракет, деталей аэрокосмического оборудования, теплоизоляционных материалов и материалов для защиты от радиации.