Die vielversprechendsten Materialien und Anwendungen im 21. Jahrhundert

Einleitung:

Graphit ist ein Allotrop des elementaren Kohlenstoffs. Die Peripherie jedes Kohlenstoffatoms ist mit drei anderen Kohlenstoffatomen (mehrere sechsecke in einer Wabe angeordnet) verbunden, die kovalent zu einem kovalenten Molekül verbunden sind. Da jedes Kohlenstoffatom ein Elektron emittiert, können sich diese Elektronen frei bewegen, so dass Graphit ein elektrischer Leiter ist. Graphit ist eines der weichsten Mineralien und seine Verwendung umfasst die Herstellung von Bleistiftblei und Schmiermitteln. Kohlenstoff ist ein nichtmetallisches Element, das sich in der IVA-Gruppe der zweiten Periode des Periodensystems befindet.

Merkmal

Die chemischen Eigenschaften von elementarem Kohlenstoff sind bei Raumtemperatur relativ stabil und es ist unlöslich in Wasser, verdünnter Säure, verdünntem Alkali und organischen Lösungsmitteln; es reagiert und verbrennt mit Sauerstoff bei unterschiedlich hohen Temperaturen, um Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid zu erzeugen; unter den Halogenen kann nur Fluor direkt mit elementarem Kohlenstoff reagieren; Unter hohen Temperaturen lässt sich elementarer Kohlenstoff leichter durch Säure oxidiert; Bei hohen Temperaturen kann Kohlenstoff auch mit vielen Metallen zu Metallkarbiden reagieren. Kohlenstoff ist reduktiv und kann Metalle bei hohen Temperaturen schmelzen. Graphit ist ein kristallines Mineral aus Kohlenstoffelementen, und sein Kristallgitter ist eine sechseckige Schichtstruktur. Der Abstand zwischen jeder Netzschicht beträgt 340pm und der Abstand zwischen Kohlenstoffatomen in derselben Mesh-Schicht beträgt 142pm;. Es gehört zum hexagonalen Kristallsystem mit vollständiger Schichtspaltung. Die Spaltoberfläche wird von molekularen Bindungen dominiert, die eine schwächere Anziehungskraft auf Moleküle haben, so dass ihre natürliche Schwimmfähigkeit sehr gut ist. Graphit, Diamant, Kohlenstoff 60, Kohlenstoffnanoröhren usw. sind alle einfache Substanzen von Kohlenstoff, und sie sind Allotrope. Die besonderen Eigenschaften von Graphit, hohe Temperaturbeständigkeit: Der Schmelzpunkt von Graphit beträgt 3850±50 ° C und der Siedepunkt beträgt 4250 ° C. Selbst nach ultrahochtemperaturem Lichtbogenbrennen ist der Gewichtsverlust sehr gering und der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ebenfalls sehr gering. Die Festigkeit von Graphit nimmt mit steigender Temperatur zu. Bei 2000°C verdoppelt sich die Festigkeit von Graphit.

Feuerfeste

In der Eisen- und Stahlindustrie werden Graphitfeuerfestmaterialien für feuerfeste Auskleidungen von Lichtbogenöfen und Sauerstoffkonvertern, Pfannenfeuerfestauskleidungen usw. verwendet. Graphit-Feuerfestmaterialien sind hauptsächlich integrale Gussmaterialien, Magnesia-Kohlenstoff-Ziegel und Aluminium-Graphit-Feuerfestmaterialien. Graphit wird auch als filmbildendes Material für die Pulvermetallurgie und den Metallguss verwendet. Graphitpulver wird geschmolzenem Stahl zugesetzt, um den Kohlenstoffgehalt von Stahl zu erhöhen, so dass kohlenstoffreichen Stahl viele hervorragende Eigenschaften hat.

Leitfähiges Material

In der Elektroindustrie wird es verwendet, um Elektroden, Bürsten, Kohlenstoffstäbe, Kohlenstoffröhren, positive Elektroden von Quecksilber-Positiven-Strom-Geräten, Graphit-Unterlegscheiben, Telefonteile, Beschichtungen für Fernsehbildröhren usw. herzustellen.

Verschleißfestes Schmiermaterial

Graphit wird häufig als Schmiermittel in der Maschinenindustrie eingesetzt. Schmieröl kann nicht unter Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen verwendet werden, während verschleißfeste Graphitmaterialien bei hohen Gleitgeschwindigkeiten bei einer Temperatur von -200 bis 2000 ° C ohne Schmieröl arbeiten können. Viele Geräte, die korrosive Medien transportieren, verwenden häufig Graphitmaterialien, um Kolbenbecher, Dichtungen und Lager herzustellen. Sie müssen kein Schmieröl hinzufügen, wenn sie laufen. Graphitemulsion ist auch ein guter Schmierstoff für viele Metallverarbeitungen (Drahtziehen, Rohrziehen).

Korrosionsbeständige Werkstoffe

Speziell verarbeiteter Graphit, der die Eigenschaften von Korrosionsbeständigkeit, guter Wärmeleitfähigkeit und geringer Permeabilität aufweist, wird häufig bei der Herstellung von Wärmetauschern, Reaktionstanks, Kondensatoren, Verbrennungstürmen, Absorptionstürmen, Kühlern, Heizungen und Filtern sowie Pumpenausrüstung verwendet. Es ist weit verbreitet in der petrochemischen Industrie, Hydrometallurgie, Säure-Basen-Produktion, synthetische Fasern, Papierherstellung und anderen Industriesektoren, die eine Menge Metallmaterialien sparen können

Metallurgische Hochtemperaturwerkstoffe

Da Graphit einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat und schnellen Kälte- und schnellen Wärmewechseln standhalten kann, kann es als Glasform verwendet werden. Nach der Verwendung von Graphit können Eisenmetalle Gussteile mit präzisen Abmessungen und einer hohen Oberflächengüte erhalten. Es kann ohne Verarbeitung oder ein wenig Verarbeitung verwendet werden. Sparen Sie viel Metall. Bei der Herstellung von Hartmetall und anderen pulvermetallurgischen Prozessen werden in der Regel Graphitmaterialien verwendet, um Porzellanboote für Druckformen und Sintern herzustellen. Einkristall-Siliziumkristall-Wachstumstiegel, regionale Raffineriegefäße, Stützvorrichtungen, Induktionserhitzer usw. bestehen alle aus hochreinem Graphit. Darüber hinaus kann Graphit auch für die Vakuumschmelzung von Graphitdämmplatten und -basen, hochtemperaturbeständigen Ofenrohren und anderen Komponenten verwendet werden.

Atomenergie- und Verteidigungsindustrie

Graphit hat einen guten Neutronenmoderator, der in Atomreaktoren verwendet wird. Uran-Graphit-Reaktoren sind derzeit die am weitesten verbreiteten Atomreaktoren. Das Verzögerungsmaterial im Kernreaktor, das als Strom verwendet wird, sollte einen hohen Schmelzpunkt, Stabilität und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Graphit kann die oben genannten Anforderungen vollständig erfüllen. Die Reinheit von Graphit, der in Atomreaktoren verwendet wird, ist sehr hoch, und der Verunreinigungsgehalt sollte Dutzende von ppm nicht überschreiten. Insbesondere sollte der Borgehalt weniger als 0,5 ppm betragen. In der nationalen Verteidigungsindustrie wird Graphit auch zur Herstellung von Festbrennstoffraketendüsen, Raketennasenkegeln, Teilen von Luft- und Raumfahrtausrüstung, Wärmedämmstoffen und Strahlenschutzmaterialien verwendet.