Leitfaden zu den mechanischen Eigenschaften von Graphit: Alles, was Sie wissen müssen

Die mechanischen Eigenschaften von Graphit sind verschiedene Eigenschaften, die sich unter Krafteinwirkung ergeben. Diese Eigenschaften lassen sich eindeutig von der strukturellen Besonderheit des Graphits ableiten - die Kohlenstoffatome innerhalb jeder Schicht haben eine feste kovalente Bindung, aber zwischen den Schichten ist die Bindung schwach.

Die mechanischen Eigenschaften von Graphit

Graphit Druckfestigkeit

Die Druckfestigkeit von Graphit ist anisotrop, und die Festigkeit parallel zur Ebene ist viel höher als die in vertikaler Richtung. Zum Beispiel beträgt die Druckfestigkeit von Kohlenstoffelektroden in paralleler Richtung 21,6 bis 49,0 MPa, während sie in vertikaler Richtung nur 11,7 bis 29,4 MPa beträgt. Außerdem ist die Druckfestigkeit von pyrolytischem Graphit bei hohen Temperaturen mit bis zu 137,3 MPa stark verbessert.

Graphit Biegefestigkeit

Die Biegefestigkeit von Graphit ist je nach Richtung unterschiedlich: 4,9~12,7MPa in der parallelen Richtung und 5,8~15,7MPa in der vertikalen Richtung. Die Biegefestigkeit von Graphit nimmt mit steigender Temperatur zu, was auf sehr gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen schließen lässt.

Graphit Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul von Graphit spiegelt das Verhältnis zwischen Spannung und Dehnung wider, wobei die parallele Richtung wichtiger ist als die vertikale, und die Raumtemperatur besonders kritisch ist. Mit dem Temperaturanstieg ist die Änderung des Elastizitätsmoduls sehr wichtig für die Vorhersage der mechanischen Leistung.

Wärmeausdehnungskoeffizient von Graphit

Graphit verändert sich mit der Temperatur, und der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten ist zwischen den verschiedenen Richtungen offensichtlich. Pyrolytisch Graphit hat eine ausgezeichnete Struktur und eine gute Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen.

Graphit Streckgrenze

Die Streckgrenze spiegelt die Fähigkeit von Graphit wider, von einer elastischen Verformung in eine plastische Verformung überzugehen, und ihre Größe wird stark von Richtung und Temperatur beeinflusst. Die Streckgrenze wird bei hohen Temperaturen stark verbessert, was mit der Hochtemperaturumgebung übereinstimmt.

Härte von Graphit

Die Härte von Graphit ist anisotrop und hängt von der Prüfmethode ab; sie kann durch Eindruckhärte oder Rückprallhärte bestimmt werden. Pyrolytischer Graphit hat eine relativ hohe Härte und ist besonders für Anwendungen mit hoher Präzision geeignet. Die Härte hängt von der Richtung und der Art der Krafteinwirkung ab.

Anwendung auf der Grundlage der mechanischen Eigenschaften von Graphit

Hochtemperaturanwendungen

Wird häufig in Ofenteilen verwendet, Schmelztiegelund Formen für den Metallguss kann das Material seine strukturelle Integrität beibehalten und Verformungen bei extrem hohen Temperaturen widerstehen. Außerdem reduziert sein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient wirksam die thermische Belastung und weist eine ausgezeichnete Haltbarkeit bei schnellen Temperaturwechseln auf.

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

Aufgrund seines geringen Gewichts, seiner hohen Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht und seiner hohen Temperaturbeständigkeit findet es breite Anwendung bei der Herstellung von Raketen DüsenWärmeschutzsysteme und Strukturbauteile. Mit seinen mechanischen Hochtemperatureigenschaften kann Graphit eine sehr gute Stabilität in extremen Umgebungen erreichen. Darüber hinaus kann seine Anisotropie durch Design optimiert werden, um die verschiedenen Leistungsanforderungen der Komponenten zu erfüllen.

Nuklearindustrie

Aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften und der chemischen Stabilität kann Graphit sowohl als Moderator als auch als Strukturmaterial in Kernkraft Reaktoren. Graphit hat eine geringe Neutronenabsorptionsquerschnittsfläche und eine hohe Druckfestigkeit, so dass dieses Material über einen sehr langen Zeitraum hinweg unter hohen Strahlungs- und Temperaturbedingungen stabil arbeiten kann.

Schmierung und Abdichtung

Graphit hat eine geringe Härte, gute Selbstschmiereigenschaften und eine hohe Druckfestigkeit. Es kann weitgehend verwendet werden in LagerDichtungen und Dichtungen von Industrieanlagen. Der niedrige Reibungskoeffizient und die hervorragende Verschleißfestigkeit eignen sich besonders für Dichtungsanforderungen in Umgebungen mit hohem Druck, hohen Temperaturen und chemischer Korrosion.

Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von Graphit

Kristallstruktur von Graphit

Die Korngrenzen der Stone-Wales-Defekte haben einen massiven Einfluss auf die Zugfestigkeit und das Bruchverhalten. Die Bereiche, in denen die Defekte eine dichte Struktur aufweisen, könnten auch eine geringere mechanische Festigkeit aufweisen, da die lokale Spannung konzentriert sein kann.

Verfahren zur Herstellung von Graphit

Polykristalliner Graphit, der durch CVD synthetisiert wird, weist in der Regel Korngrenzen auf, was zu einer geringeren Zugfestigkeit führt. Einkristalline Graphite haben jedoch bessere mechanische Eigenschaften, einfach weil sie weniger Defekte aufweisen.

Graphitkorngröße und -orientierung

Der Grund dafür ist, dass größere Körner einen kontinuierlichen Weg für die Spannungsverteilung bieten und somit die Festigkeit erhöhen können. Kleinere Körner würden jedoch zu erhöhter Sprödigkeit und zu einer weiteren Verringerung der Gesamtfestigkeit aufgrund der zunehmenden Korngrenzen führen.

Modifizierung und Funktionalisierung von Graphitoberflächen

Oberflächenmodifizierung und -funktionalisierung ermöglichen eine Verbesserung der Wechselwirkungen an der Oberfläche und eine homogenere Verteilung der Spannungen, wodurch Fehler durch Defekte verringert werden. Funktionalisierte Oberflächen können z. B. härter und widerstandsfähiger gegen Rissbildung sein.

Schlussfolgerung

Als nichtmetallisches Material bestimmen die Struktur und Morphologie von Graphit in der Regel seine mechanischen Eigenschaften. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Graphit werden auch in vielen industriellen Bereichen genutzt. In Zukunft wird die Anwendung der mechanischen Eigenschaften von Graphit mit dem kontinuierlichen Fortschritt und der Verbesserung von Wissenschaft und Technik noch umfangreicher und tiefgreifender sein. Dies wird der Entwicklung von Industrie, Wissenschaft und Technologie eine neue Richtung geben.