Οδηγός μηχανικών ιδιοτήτων γραφίτη: Γρανίτη: Όλα όσα πρέπει να ξέρετε

Οι μηχανικές ιδιότητες του γραφίτη είναι διάφορες ιδιότητες που προκύπτουν υπό την επίδραση της δύναμης. Αυτές οι ιδιότητες μπορούν να προκύψουν σαφώς από τη δομική ιδιαιτερότητα του γραφίτη - τα άτομα άνθρακα μέσα σε κάθε στρώμα έχουν ισχυρό ομοιοπολικό δεσμό, αλλά μεταξύ των στρωμάτων ο δεσμός είναι ασθενής.

Μηχανικές ιδιότητες του γραφίτη

Αντοχή σε θλίψη γραφίτη

Η αντοχή σε θλίψη του γραφίτη είναι ανισοτροπική και η αντοχή παράλληλα προς το επίπεδο είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη στην κατακόρυφη διεύθυνση. Για παράδειγμα, η αντοχή σε θλίψη των ηλεκτροδίων άνθρακα στην παράλληλη διεύθυνση είναι 21,6 ~ 49,0 MPa, ενώ στην κατακόρυφη διεύθυνση είναι μόνο 11,7 ~ 29,4 MPa. Εκτός αυτού, η αντοχή σε θλίψη του πυρολυτικού γραφίτη βελτιώνεται σημαντικά σε υψηλή θερμοκρασία έως και 137,3 MPa.

Αντοχή σε κάμψη γραφίτη

Η αντοχή σε κάμψη του γραφίτη έχει διαφορές ως προς την κατεύθυνση: στην παράλληλη κατεύθυνση και 5,8 ~ 15,7MPa στην κάθετη κατεύθυνση. Η αντοχή σε κάμψη του γραφίτη αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, υποδεικνύοντας έτσι πολύ εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες.

Μέτρο ελαστικότητας γραφίτη

Το μέτρο ελαστικότητας γραφίτη αντικατοπτρίζει τη σχέση μεταξύ τάσης και παραμόρφωσης, παράλληλη κατεύθυνση περισσότερο από την κάθετη κατεύθυνση, η θερμοκρασία δωματίου είναι ιδιαίτερα κρίσιμη. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αλλαγή του μέτρου ελαστικότητάς του είναι πολύ σημαντική για την πρόβλεψη της απόδοσης της μηχανικής.

Συντελεστής θερμικής διαστολής γραφίτη

Ο γραφίτης μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία και η διαφορά του συντελεστή θερμικής διαστολής είναι εμφανής μεταξύ διαφορετικών κατευθύνσεων. Πυρολυτικό γραφίτης έχει εξαιρετική δομή και καλή σταθερότητα διαστάσεων σε υψηλή θερμοκρασία.

Γραφίτης Δύναμη παραγωγής

Το όριο ροής αντικατοπτρίζει την ικανότητα του γραφίτη να μετατρέπεται από ελαστική παραμόρφωση σε πλαστική παραμόρφωση και το μέγεθός του επηρεάζεται πολύ από την κατεύθυνση και τη θερμοκρασία. Το όριο διαρροής βελτιώνεται σημαντικά σε υψηλή θερμοκρασία, γεγονός που συμφωνεί με το περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας.

Σκληρότητα του γραφίτη

Η σκληρότητα του γραφίτη είναι ανισοτροπική και εξαρτάται από τη μέθοδο δοκιμής- μπορεί να προσδιοριστεί με τη σκληρότητα εσοχής ή τη σκληρότητα αναπήδησης. Ο πυρολυτικός γραφίτης έχει σχετικά υψηλή σκληρότητα και είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για εφαρμογές υψηλής ακρίβειας. Η σκληρότητα εξαρτάται από την κατεύθυνση και τον τρόπο εφαρμογής του φορτίου.

Εφαρμογή με βάση τις μηχανικές ιδιότητες του γραφίτη

Εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας

Χρησιμοποιείται συνήθως σε μέρη κλιβάνων, Χωνευτήρια, και καλούπια για χύτευση μετάλλων, το υλικό μπορεί να διατηρήσει τη δομική του ακεραιότητα και να αντισταθεί στην παραμόρφωση σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Εκτός αυτού, ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής του μειώνει αποτελεσματικά τη θερμική καταπόνηση και παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή σε ταχείες θερμοκρασιακές μεταβολές.

Αεροδιαστημική και Άμυνα

Λόγω του μικρού βάρους, της υψηλής αναλογίας αντοχής προς βάρος και των πολύ ανθεκτικών στη θερμοκρασία ιδιοτήτων του, έχει ευρείες εφαρμογές στην κατασκευή πυραύλων. ακροφύσια, συστήματα θερμικής προστασίας και δομικά στοιχεία. Με τις μηχανικές του ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες, ο γραφίτης μπορεί να επιτύχει πολύ καλή σταθερότητα σε ακραία περιβάλλοντα. Επιπλέον, η ανισοτροπία του μπορεί να βελτιστοποιηθεί με το σχεδιασμό ώστε να ικανοποιεί τις διάφορες απαιτήσεις απόδοσης των εξαρτημάτων.

Πυρηνική βιομηχανία

Οι καλές μηχανικές ιδιότητες και η χημική σταθερότητα επιτρέπουν στο γραφίτη να λειτουργεί τόσο ως συγκρατητής όσο και ως δομικό υλικό σε πυρηνικά αντιδραστήρες. Ο γραφίτης έχει χαμηλή διατομή απορρόφησης νετρονίων και υψηλή αντοχή σε θλίψη, επιτρέποντας στο υλικό αυτό να λειτουργεί σταθερά για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα σε συνθήκες υψηλής ακτινοβολίας και υψηλής θερμοκρασίας.

Λίπανση και στεγανοποίηση

Ο γραφίτης έχει χαμηλή σκληρότητα, καλές ιδιότητες αυτολίπανσης και υψηλή αντοχή σε θλίψη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε ρουλεμάν, παρεμβύσματα και σφραγίδες βιομηχανικού εξοπλισμού. Ο χαμηλός συντελεστής τριβής και η εξαιρετική αντοχή στη φθορά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τις ανάγκες στεγανοποίησης σε περιβάλλοντα υψηλής πίεσης, υψηλής θερμοκρασίας και χημικής διάβρωσης.

Επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες του γραφίτη

Κρυσταλλική δομή γραφίτη

Τα όρια των κόκκων των ατελειών Stone-Wales έχουν τεράστιο αντίκτυπο στην αντοχή σε εφελκυσμό και στη συμπεριφορά θραύσης. Οι περιοχές στις οποίες οι ατέλειες έχουν δομή υψηλής πυκνότητας θα μπορούσαν επίσης να έχουν χαμηλότερη μηχανική αντοχή, καθώς η τοπική τάση μπορεί να είναι συγκεντρωμένη.

Μέθοδος παραγωγής γραφίτη

Ο πολυκρυσταλλικός γραφίτης που συντίθεται με CVD περιλαμβάνει συνήθως όρια κόκκων, γεγονός που παρέχει χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό. Ωστόσο, οι μονοκρυσταλλικοί γραφίτες έχουν καλύτερες μηχανικές ιδιότητες απλώς και μόνο επειδή υπάρχουν λιγότερες ατέλειες.

Μέγεθος και προσανατολισμός κόκκων γραφίτη

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι μεγαλύτεροι κόκκοι μπορούν να προσφέρουν μια πιο συνεχή διαδρομή για την κατανομή της τάσης, αυξάνοντας έτσι την αντοχή. Ωστόσο, οι μικρότεροι κόκκοι θα οδηγούσαν σε αυξημένη ευθραυστότητα και περαιτέρω μείωση της συνολικής αντοχής λόγω των αυξημένων ορίων κόκκων.

Τροποποίηση και λειτουργικοποίηση της επιφάνειας του γραφίτη

Η τροποποίηση και η λειτουργικότητα της επιφάνειας επιτρέπουν τη βελτίωση των αλληλεπιδράσεων στην επιφάνεια και μια πιο ομοιογενή κατανομή των τάσεων, μειώνοντας τις αστοχίες λόγω ελαττωμάτων. Για παράδειγμα, οι λειτουργικοποιημένες επιφάνειες μπορεί να είναι πιο σκληρές και ανθεκτικές στην ανάπτυξη ρωγμών.

Συμπέρασμα

Ως μη μεταλλικό υλικό, η δομή και η μορφολογία του γραφίτη καθορίζουν συνήθως τις μηχανικές του ιδιότητες. Οι εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες του γραφίτη χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς. Στο μέλλον, η εφαρμογή των μηχανικών ιδιοτήτων του γραφίτη θα είναι ακόμη πιο εκτεταμένη και σε βάθος με τη συνεχή πρόοδο και βελτίωση της επιστήμης και της τεχνολογίας. Αυτό θα δώσει μια νέα κατεύθυνση για την ανάπτυξη της βιομηχανίας και της επιστήμης και της τεχνολογίας.