كل شيء عن الكربون الجرافيت

ما هو الجرافيت الكربوني؟

يُعد الجرافيت الكربوني مادة مهمة في مجال علم المواد. وهو نتاج اتحاد الكربون مع الجرافيت في شكل خاص، وهو عضو أساسي في العديد من مواد الجرافيت. ومن وجهة نظر مجهرية، ترتبط الذرات الموجودة بداخله بروابط بطريقة فريدة من نوعها لتكوين هياكل جرافيت كربونية معقدة ومنظمة. وتمنحه هذه البنية أداءً خاصًا. وتعكس صيغته الجزيئية الموقع المهيمن لعناصر الكربون فيه. ويتشابك الكربون مع بعضها البعض في أشكال روابط كيميائية مختلفة وبنية جرافيت مختلفة. وبالتالي تشكيل ما نطلق عليه جرافيت الكربون، ويكون لمحتوى الكربون والشكل الموجود في الجرافيت تأثير حاسم على خصائصه.

أنواع مختلفة

أنواع مواد الجرافيت الكربوني غنية ومتنوعة. وفقًا للنقاء، يمكن تقسيمها إلى الجرافيت الكربوني النقي والجرافيت الكربوني العادي الذي يحتوي على شوائب.

من من منظور البنية المجهرية، سيؤدي الجرافيت الكربوني ذو البنى الشبكية المختلفة إلى تغيرات في خواصه الفيزيائية والكيميائية.

في الشكل الماكروسكوبي، بالإضافة إلى قضبان الجرافيت الكربونية الشائعة، توجد مواد كربونية بأشكال مختلفة مثل الألواح والكتل.

بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لعمليات الإنتاج المختلفة، يمكن تقسيمها إلى معالجة خاصة ومعالجة غير خاصة.

الجرافيت الكربوني في ظل عمليات مختلفة له خصائص وتطبيقات مختلفة. تمامًا مثل مواد الجرافيت المختلفة ستنتج أنواعًا فريدة من نوعها بعد المعالجة الخاصة ودمج الكربون.

ما هي الدرجة؟

يتم تفصيل درجات الجرافيت الكربوني. فمن ناحية، يعتبر النقاء أساسًا مهمًا للتصنيف. عادةً ما يحتوي الجرافيت الكربوني عالي الجودة على نسبة عالية جدًا من الكربون، قريبة من حالة النقاء الكربون. ومحتوى الشوائب منخفض للغاية. ومن ناحية أخرى، فإن انتظام وتوحيد هيكله له تأثير كبير على المستوى. فالجرافيت الكربوني المتقدم أكثر انتظامًا وانتظامًا في ترتيب الذرات الداخلية وتوزيع الروابط. وهذا يجعلها تؤدي أداءً جيدًا في إعدادات التطبيقات المتطورة التي تتطلب جودة مواد صارمة. مثل الفضاء الجوي والإلكترونيات المتطورة وغيرها. قد يكون الجرافيت الكربوني ذو الدرجات المنخفضة أكثر ملاءمة لبعض السيناريوهات الصناعية ذات متطلبات الأداء المنخفضة نسبيًا.

عملية التصنيع

تعد معالجة الجرافيت الكربوني عملية معقدة ومتنوعة. في المرحلة الأولى من المعالجة، يجب غربلة المواد الخام ومعالجتها مسبقًا لضمان الجودة. وتشمل طرق المعالجة البثق والقولبة والخراطة والطحن وغيرها من العمليات. على سبيل المثال، يمكن ضغط مواد الجرافيت الكربوني إلى منتجات شريطية طويلة بأشكال مقطعية محددة. في عملية التشكيل، يمكن إنتاج أجزاء من الجرافيت الكربوني بأشكال معقدة مختلفة وفقًا لشكل القالب. في عملية المعالجة، نحتاج أيضًا إلى النظر في الصلابة والهشاشة وغيرها من الخصائص الأخرى لها. إلى جانب ذلك، نحتاج إلى اختيار الأدوات ومعلمات المعالجة المناسبة لضمان دقة المعالجة وجودة المنتج.

خواص الجرافيت الكربوني

الخصائص الفيزيائية: يتمتع بتوصيلية جيدة، وذلك لأن الكربون والجرافيت نفسه يتمتع بتوصيلية جيدة. وترتبط آلية توصيلها بحركة الإلكترونات الحرة بداخلها. وفيما يتعلق بالخصائص الحرارية، فإنه يتمتع بتوصيلية حرارية معينة ويمكنه نقل الحرارة إلى حد معين. وترتبط الموصلية الحرارية بهيكل الجرافيت الكربوني وتكوينه. فيما يتعلق بالكثافة، حول كثافة الجرافيت الكربوني، يتراوح النطاق المعتاد بين 2.09-2.33 جم/سم3. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتمتع أيضًا بصلابة معينة ومقاومة للتآكل، بحيث يمكنه الحفاظ على الأداء الجيد في بعض البيئات التي تحتاج إلى تحمل الاحتكاك.

الخواص الكيميائية: يتمتع بثبات نسبي في الكيمياء وفي درجة حرارة الغرفة. ويمكنه مقاومة تآكل العديد من المواد الكيميائية. ومع ذلك، يمكن أن تحدث تفاعلات كيميائية أيضًا في ظل ظروف معينة مثل ارتفاع درجة الحرارة والحمض القوي والقلويات القوية. على سبيل المثال، في بيئة هوائية ذات درجة حرارة عالية، يتفاعل الجرافيت الكربوني مع الأكسجين. ويعد هذا التوازن بين الثبات الكيميائي والنشاط التفاعلي أساسًا مهمًا لتطبيقه في بيئات كيميائية مختلفة. وإحدى الخصائص المهمة لتمييزه عن المواد الأخرى.

استخدامات الجرافيت الكربوني

مجالات القطب الكهربائي: في صناعة الألومنيوم الإلكتروليتي، يعمل كمادة أنود. يمكن أن يتحمل البيئة الإلكتروليتية ذات درجة الحرارة العالية والتآكل القوي، ويضمن التقدم السلس لعملية التحليل الكهربائي. في مجال صناعة الصلب الإلكتروليت، يستخدم الجرافيت الكربوني أيضًا على نطاق واسع في صناعة القضبان أقطاب كهربائية. يمكن أن تؤدي الموصلية الجيدة والاستقرار الكيميائي إلى توصيل التيار بفعالية وإكمال صهر خردة الصلب.

صناعة المعادن: في الفرن المعدني، يمكن استخدام الجرافيت الكربوني كمادة تبطين. يمكن أن يتحمل تآكل وتآكل ذوبان المعادن ذات درجة الحرارة العالية. وفي الوقت نفسه، فإنه يستخدم الموصلية الحرارية الجيدة للمساعدة في تبديد حرارة الفرن، للحفاظ على استقرار درجة الحرارة في الفرن. بالإضافة إلى ذلك، في عملية صهر بعض المعادن الخاصة، يمكن استخدامه أيضًا كعامل اختزال للمشاركة في التفاعلات الكيميائية لتعزيز استخلاص المعادن.

الصناعة الإلكترونية: نظرًا لموصلية الجرافيت الكربونية الممتازة وقابليتها للتشغيل الآلي، يتم استخدام الجرافيت الكربوني لصنع المكونات الإلكترونية. مثل المشتت الحراري للترانزستور، وركيزة الدائرة المتكاملة، وأنود الجرافيت الأنبوبي الإلكتروني، إلخ. وفي تصنيع أشباه الموصلات، يمكن استخدامه أيضًا كمادة خاصة للتحكم في انتشار الشوائب وإدارة الحرارة. ومن الشائع هنا عناصر تسخين الجرافيت والبوتقات وقوالب التلبيد وما إلى ذلك.

صناعة البطاريات: جرافيت الكربون المسحوق هي إحدى مواد القطب السالب شائعة الاستخدام لإنتاج بطاريات الليثيوم أيون. تعمل الموصلية الممتازة والثبات الممتازان على تحسين كفاءة شحن البطارية وتفريغها بشكل فعال وإطالة عمرها التشغيلي.

المجال الميكانيكي: التشحيم الذاتي ومقاومة التآكل تجعله يستخدم على نطاق واسع في مجال الآلات. على سبيل المثال ، في بعض المعدات الميكانيكية عالية السرعة ، يمكن أن يؤدي استخدام الجرافيت الكربوني كمحامل وموانع تسرب وعمود وحلقات وأجزاء أخرى إلى تقليل الاحتكاك والتآكل. وهذا يحسن من كفاءة التشغيل وعمر المعدات.

مقارنة: الكربون مقابل الجرافيت

من حيث التركيب، يمتلك الجرافيت بنية سداسية الطبقات منتظمة، مع وجود قوى فان دير فال الأضعف بين الطبقات. بنية الكربون معقدة نسبيًا، لأنها تتغير تبعًا لشكل الكربون ومحتواه. على سبيل المثال، متآصلاته، الماس، هي هياكل منتظمة رباعية الأوجه.

من حيث الخصائص، تتسم الخواص الكيميائية للكربون بالحيوية النسبية، في حين أن الجرافيت مستقر نسبيًا.

من حيث التطبيق، يمكن استخدام الجرافيت كمادة قطب كهربائي، ومواد تشحيم في الصناعة الكيميائية، وصناعة المعادن. يستخدم الكربون على نطاق واسع في الوقود والصناعة الكيميائية والمواد المركبة ومجالات الفضاء.

عامل سعر الجرافيت الكربوني

يتأثر سعر الجرافيت الكربوني بمجموعة متنوعة من العوامل. النقاء هو العامل الأساسي. غالبًا ما يكون الجرافيت الكربوني النقي عالي النقاء أعلى بسبب عملية تحضيره المعقدة ومتطلبات المواد الخام العالية. كما أن تعقيد عملية الإنتاج له تأثير كبير على السعر. مثل سعر المنتجات التي تنتجها تكنولوجيا المعالجة المتقدمة. وتكنولوجيا المعالجة الخاصة ستكون أعلى من تلك التي تنتجها التكنولوجيا العادية.

وتعد تكلفة المواد الخام عاملاً رئيسيًا أيضًا. فإذا كان مصدر كربون المواد الخام نادرًا أو باهظ الثمن، سيرتفع السعر وفقًا لذلك. بالإضافة إلى ذلك، فإن علاقة العرض والطلب في السوق لها تأثير مباشر على السعر. وفي الوقت نفسه، ستؤثر مواصفات المنتج ودرجة الجودة أيضًا على السعر. عادةً ما تكون منتجات الجرافيت الكربوني عالية الجودة وعالية الدقة أكثر تكلفة.

الخاتمة

باختصار، يجمع الجرافيت الكربوني، كمادة فريدة من نوعها، بين خصائص الكربون والجرافيت. لها بنية معقدة، وأنواع متنوعة، ودرجات مختلفة، ومتطلبات معالجة خاصة، وخصائص فيزيائية وكيميائية فريدة من نوعها، ومجموعة واسعة من مجالات التطبيق. لذلك فهي تحتل موقعًا مهمًا في مجال المواد، وتستحق بحثنا المتعمق وتطبيقنا.