درجة انصهار الجرافيت

تُعد درجة انصهار الجرافيت مهمة لـ الفولاذوالبطاريات وصناعات أشباه الموصلات. هل يذوب الجرافيت؟ غالبًا ما يستخدم هذا السؤال في رحلات استكشاف الجرافيت. تضع خصائص مقاومة درجات الحرارة المرتفعة التي تتمتع بها درجة انصهار الجرافيت أساسًا متينًا للإنجازات التكنولوجية والابتكارات العملية في العديد من المجالات.

القيمة المحددة لدرجة انصهار الجرافيت

درجة انصهار الجرافيت هي قيمة عالية على مقياس درجة حرارة فهرنهايت. وعادة ما تكون درجة انصهار الجرافيت حوالي 6332 درجة فهرنهايت.

القيمة المقبولة لدرجة انصهار الجرافيت

في البحث العلمي، تبلغ درجة الانصهار المقبولة للجرافيت حوالي 3652-3697 درجة مئوية عند الضغط الجوي القياسي (قد تؤدي الظروف التجريبية وطرق القياس المختلفة إلى اختلافات طفيفة في القيم). يوضح نطاق درجة الحرارة هذا أن الجرافيت يمكنه تحمل خصائص الحرارة العالية للغاية. ويظهر أيضًا أنه مادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية.

مقارنة درجات انصهار متآصلات الكربون الأخرى

وبالمقارنة مع الجرافيت، تكون درجة انصهار الماس (الألماس) عالية جدًا أيضًا. تبلغ درجة انصهار الماس حوالي 4000 درجة مئوية. ويرجع ذلك إلى اختلاف التركيب البلوري للماس والجرافيت؛ فالماس عبارة عن بلورة ذرية نموذجية، كل ذرة كربون وأربع ذرات كربون متجاورة عبارة عن روابط تساهمية، وهذا التركيب المحكم يجعله يحتاج إلى طاقة أكبر للذوبان. الجرافيت عبارة عن بلورة مختلطة، تحتوي على روابط تساهمية وقوى بين جزيئية، لكن حرارة الانصهار الكلية لا تزال مرتفعة للغاية.

العوامل المؤثرة على درجة انصهار الجرافيت

التركيب البلوري هو السائد

ترتبط درجة الانصهار العالية للجرافيت بشكل أساسي بتركيبته. بلورة الجرافيت عبارة عن هيكل شبكي مستوٍ سداسي الأضلاع يتكون من روابط تساهمية بين ذرات الكربون، مع وجود قوى فان دير فال الضعيفة بين الطبقات. أثناء التسخين، يجب التغلب على هذه الروابط التساهمية لكي ينصهر الجرافيت. وهذه الروابط التساهمية قوية، لذا فهي تحتاج إلى درجات حرارة عالية جدًا لتحقيق ذلك. وفي الوقت نفسه، سيكون للضغط الخارجي وعوامل أخرى أيضًا تأثير معين على درجة الانصهار، ولكن عند الضغط الجوي القياسي، يكون هذا التأثير ضئيلًا نسبيًا.

التداخل بواسطة عناصر الشوائب

إذا كان الجرافيت يحتوي على عناصر شائبة، مثل البورون والنيتروجين، إلخ, سيغير ذلك من سلامة الشبكة وطاقة الرابطة الكيميائية لبلورة الجرافيت، ومن ثم يؤثر على درجة الانصهار. قد تؤدي الشوائب إلى تدمير تجانس الرابطة التساهمية إلى حد ما، مما يجعل درجة الانصهار أقل أو أعلى، اعتمادًا على نوع الشوائب ومحتواها.

الارتباط بالبيئة الخارجية

على الرغم من أن تأثير الضغط صغير نسبيًا عند الضغط الجوي القياسي. لكن بيئة الضغط المرتفع للغاية ستضغط البنية البلورية للجرافيت وتعزز التفاعل بين الذرات. وبالتالي زيادة نقطة الانصهار. في الغلاف الجوي المحدد، إذا تفاعل الغلاف الجوي مع الجرافيت، فقد يتغير هيكل السطح وتكوين الجرافيت. سيؤثر ذلك على استقراره الحراري ودرجة انصهاره.

أهمية درجة انصهار الجرافيت في التطبيقات العملية

بوتقة الجرافيت

تستفيد بوتقة الجرافيت من نقطة الانصهار العالية للجرافيت. في صناعة المعادن، من الضروري صهر المعادن المختلفة، مثل النحاس والحديد وما إلى ذلك، يمكن أن تتحمل بوتقة الجرافيت درجة الحرارة العالية عند صهر المعدن، ولن تتفاعل مع المعدن لضمان نقاء المعدن. في التجارب الكيميائية ذات درجة الحرارة العالية، فإن نقطة انصهار الجرافيت العالية تجعلها أيضًا مادة مثالية لأوعية التفاعل. بالنسبة لصناعة الإلكترونيات، يُستخدم الجرافيت أيضًا لتبديد حرارة المكونات الإلكترونية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. وبسبب مقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة، يمكنه مقاومة الأضرار الناجمة عن ارتفاع درجة الحرارة على هيكله وأدائه إلى حد معين. إجراء الحرارة بشكل فعال، وضمان التشغيل العادي للمكونات الإلكترونية.

في مجال الفضاء الجوي

في هندسة الطيران، تواجه فوهات الصواريخ درجة حرارة عالية للغاية وتدفق هواء عالي السرعة. وبفضل نقطة انصهاره العالية، يمكن للجرافيت أن يتحمل درجة الحرارة العالية التي تصل إلى آلاف الدرجات المئوية في الفوهة، ويضمن استقرار الهيكل. وفي الوقت نفسه، فإنه يمنع تلف الفوهة بسبب ذوبان المادة، ويضمن الدفع السلس للصاروخ.

كتل الجرافيت في الأفران المعدنية وأفران المقاومة

كتل الجرافيت في الأفران المعدنية و أفران المقاومة الاستفادة الكاملة من خصائص نقطة الانصهار العالية للجرافيت. في صهر النحاس والحديد والمعادن الأخرى، يمكن لكتلة الجرافيت أن تتحمل درجة الحرارة العالية لفترة طويلة، وتحافظ على بيئة درجة الحرارة العالية في الفرن. علاوة على ذلك، فإنه لا يتفاعل مع المعدن لضمان جودة ونقاء صهر المعادن.

كتلة كاثود الجرافيت الكربونية في التحليل الكهربائي للألومنيوم

الجرافيت القطب السالب تلعب كتلة الكربون دورًا رئيسيًا في عملية الألومنيوم التحليل الكهربائي. إن نقطة انصهاره العالية تجعله مستقرًا في بيئة التحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية، ويوفر واجهة قطب كهربائي مناسبة لاختزال أيونات الألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يقاوم تآكل المنحل بالكهرباء وتأثير درجات الحرارة العالية لضمان التشغيل الفعال والمستقر لإنتاج الألومنيوم الإلكتروليتي.

الخاتمة

يتميز الجرافيت بدرجة انصهار عالية. وترتبط خصائص نقطة انصهاره ارتباطًا وثيقًا بهيكله الداخلي، كما أنها فريدة من نوعها بالمقارنة مع نقاط انصهار متآصلات الكربون الأخرى، مثل الماس. سيساعدنا البحث والاستفادة من نقطة انصهار الجرافيت على الاستفادة بشكل أفضل من مزايا الجرافيت. ومن ثم توسيع نطاق تطبيقه في المزيد من المجالات ذات الصلة بالبيئة ذات درجة الحرارة العالية.