Guía de propiedades mecánicas del grafito: Todo lo que necesita saber

Las propiedades mecánicas del grafito son diversas propiedades que surgen bajo la acción de la fuerza. Estas propiedades se derivan claramente de la particularidad estructural del grafito: los átomos de carbono dentro de cada capa tienen un enlace covalente firme, pero entre las capas, el enlace es débil.

Propiedades mecánicas del grafito

Resistencia a la compresión del grafito

La resistencia a la compresión del grafito es anisótropa, y la resistencia paralela al plano es mucho mayor que la de la dirección vertical. Por ejemplo, la resistencia a la compresión de los electrodos de carbono en la dirección paralela es de 21,6~49,0 MPa, mientras que en la dirección vertical es sólo de 11,7~29,4 MPa. Además, la resistencia a la compresión del grafito pirolítico mejora considerablemente a alta temperatura hasta 137,3 MPa.

Resistencia a la flexión del grafito

La resistencia a la flexión del grafito presenta diferencias en función de la dirección: 4,9~12,7MPa en la dirección paralela y 5,8~15,7MPa en la dirección vertical. La resistencia a la flexión del grafito aumenta con el aumento de la temperatura, lo que indica unas excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas.

Módulo elástico del grafito

El módulo elástico del grafito refleja la relación entre la tensión y la deformación, la dirección paralela más que la vertical, la temperatura ambiente es particularmente crítica. Con el aumento de la temperatura, el cambio de su módulo elástico es muy importante para predecir el rendimiento mecánico.

Coeficiente de dilatación térmica del grafito

El grafito cambia con la temperatura, y la diferencia del coeficiente de dilatación térmica es evidente entre las distintas direcciones. Pirolítico grafito tiene una estructura excelente y una buena estabilidad dimensional a alta temperatura.

Límite elástico del grafito

El límite elástico refleja la capacidad del grafito para pasar de la deformación elástica a la deformación plástica, y su magnitud está muy influida por la dirección y la temperatura. El límite elástico mejora mucho a alta temperatura, lo que concuerda con el entorno de altas temperaturas.

Dureza del grafito

La dureza del grafito es anisótropa y depende del método de ensayo; puede determinarse por dureza de indentación o por dureza de rebote. El grafito pirolítico tiene una dureza relativamente alta y es especialmente adecuado para aplicaciones de alta precisión. La dureza depende de la dirección y la forma de aplicar la carga.

Aplicación basada en las propiedades mecánicas del grafito

Aplicaciones de alta temperatura

Comúnmente utilizado en piezas de hornos, crisolesy moldes para fundición de metales, el material puede conservar su integridad estructural y resistir la deformación a temperaturas extremadamente altas. Además, su bajo coeficiente de expansión térmica reduce eficazmente el estrés térmico y presenta una excelente durabilidad en cambios rápidos de temperatura.

Aeroespacial y defensa

Debido a su ligereza, su elevada relación resistencia/peso y sus propiedades de gran resistencia a la temperatura, tiene amplias aplicaciones en la fabricación de cohetes. boquillasEl grafito se utiliza en la construcción, los sistemas de protección térmica y los componentes estructurales. Gracias a sus propiedades mecánicas a altas temperaturas, el grafito puede lograr una gran estabilidad en entornos extremos. Además, su anisotropía puede optimizarse mediante el diseño para satisfacer los distintos requisitos de rendimiento de los componentes.

Industria nuclear

Sus buenas propiedades mecánicas y su estabilidad química permiten al grafito actuar como moderador y material estructural en nuclear reactores. El grafito tiene una sección transversal de baja absorción de neutrones y una alta resistencia a la compresión, lo que permite que este material funcione de forma estable durante periodos de tiempo muy largos en condiciones de alta radiación y alta temperatura.

Lubricación y estanqueidad

El grafito tiene baja dureza, buenas propiedades autolubricantes y alta resistencia a la compresión. Puede utilizarse ampliamente en rodamientos, juntas y retenes de equipos industriales. Su bajo coeficiente de fricción y su excelente resistencia al desgaste son especialmente adecuados para las necesidades de estanquidad en entornos de alta presión, alta temperatura y corrosión química.

Impacto en las propiedades mecánicas del grafito

Estructura cristalina del grafito

Los límites de grano de los defectos Piedra-Gales marcan un impacto masivo en la resistencia a la tracción y el comportamiento a la fractura. Las zonas donde los defectos tienen una estructura de alta densidad también podrían tener una menor resistencia mecánica, ya que la tensión local puede estar concentrada.

Método de producción de grafito

El grafito policristalino sintetizado por CVD suele presentar límites de grano, lo que proporciona una menor resistencia a la tracción. Sin embargo, los grafitos monocristalinos tienen mejores propiedades mecánicas simplemente porque hay menos defectos.

Tamaño y orientación del grano de grafito

Esto se debe a que los granos más grandes pueden ofrecer una ruta más continua para la distribución de la tensión, aumentando así la resistencia. Sin embargo, los granos más pequeños provocarían una mayor fragilidad y una mayor reducción de la resistencia global debido al aumento de los límites de grano.

Modificación y funcionalización de la superficie del grafito

La modificación y la funcionalización de la superficie permiten mejorar las interacciones en la superficie y una distribución más homogénea de las tensiones, reduciendo los fallos por defectos. Por ejemplo, las superficies funcionalizadas pueden ser más duras y resistentes al crecimiento de grietas.

Conclusión

Como material no metálico, la estructura y la morfología del grafito suelen determinar sus propiedades mecánicas. Las excelentes propiedades mecánicas del grafito también se utilizan ampliamente en muchos campos industriales. En el futuro, la aplicación de las propiedades mecánicas del grafito será aún más amplia y profunda con el progreso y la mejora continuos de la ciencia y la tecnología. Esto proporcionará una nueva dirección para el desarrollo de la industria y la ciencia y la tecnología.