¿Es el grafito un material compuesto?

El grafito se utiliza a menudo como fase de refuerzo en la preparación de materiales compuestos y tiene una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, a menudo se debate si el grafito es un material compuesto. Basándonos en la definición de la ciencia de los materiales, en este artículo analizaremos la composición y la estructura del grafito. Y aclararemos la diferencia esencial entre el grafito y los materiales compuestos.

Análisis de materiales compuestos

Definición Explicación

En sentido estricto, los materiales compuestos están formados por dos o más materiales con propiedades diferentes. Mediante métodos físicos o químicos, forman materiales con nuevas propiedades a nivel macro (micro). Estos materiales componentes mantienen su independencia relativa en el compuesto. Además, cooperan entre sí para conferir al material compuesto propiedades que un solo material no puede tener. Por ejemplo, los plásticos reforzados con fibra de vidrio. La fibra de vidrio proporciona una gran resistencia y rigidez, mientras que el plástico confiere al material una buena conformabilidad y resistencia química. Y se combinan para crear un material compuesto de excelentes prestaciones.

Características principales

En primer lugar, el material compuesto es diseñable. Se pueden seleccionar diferentes materiales de composición y métodos de composición según los diferentes requisitos de uso. Así se puede controlar con precisión el rendimiento de los materiales compuestos. En segundo lugar, los materiales compuestos tienden a funcionar mejor que las simples superposiciones de sus materiales constituyentes, lo que se llama "sinergia". Además, existe una interfaz evidente entre los componentes del material compuesto. Y las propiedades de la interfaz tienen un impacto crucial en las propiedades generales del material compuesto.

Exploración de la naturaleza del grafito

Formación del grafito

Grafito natural

Se forma por el metamorfismo de la materia orgánica tras un largo tiempo geológico y existe en las rocas metamórficas. Según su forma cristalina, se divide en grafito cristalino y criptocristalino. El primero tiene buena conductividad eléctrica y lubricidad, y el segundo tiene una gran superficie específica.

Grafito artificial

Se prepara a partir de coque de petróleo y otras materias primas que contienen carbono mediante grafitización a alta temperatura. Se puede controlar con precisión su rendimiento ajustando las materias primas, la temperatura y el tiempo, y se utiliza ampliamente en la industria moderna.

Microestructura del grafito

Tiene una estructura en capas, los átomos de carbono de la capa forman una red hexagonal con enlaces covalentes, y las capas están conectadas por fuerzas de van der Waals. Por eso tiene buena conductividad eléctrica, conductividad térmica y lubricidad en la dirección del plano.

Características de rendimiento del grafito

Tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, por lo que es un material ideal para electrodos y disipadores de calor. Además, su buena estabilidad química y autolubricación pueden reducir la fricción y el desgaste de las piezas mecánicas.

Aplicaciones del grafeno en materiales compuestos

Materiales compuestos de matriz polimérica

En los compuestos de matriz polimérica, la adición de grafito puede mejorar significativamente la conductividad eléctrica, la conductividad térmica y las propiedades mecánicas del polímero. Por ejemplo, añadiendo una cantidad adecuada de grafito a los plásticos se pueden preparar productos de plástico con propiedades antiestáticas. Esto se utiliza mucho en el campo de los envases electrónicos. Además, los compuestos de matriz polimérica reforzados con grafito también tienen una buena resistencia al desgaste. Y se pueden utilizar para fabricar piezas resistentes al desgaste, como juntas mecánicas.

Compuestos de matriz metálica

En los compuestos de matriz metálica, la adición de grafito puede mejorar el rendimiento del metal. Puede reducir la densidad del material y mejorar la resistencia al desgaste y la autolubricidad del material. Tomando como ejemplo el material compuesto de tinta de piedra angular de aluminio, este material tiene tanto el peso ligero como el buen rendimiento de procesamiento del aluminio, y tiene la propiedad autolubricante del grafito. Se puede utilizar para fabricar pistones de motor y otras piezas para mejorar la eficiencia de trabajo y la vida útil del motor.

Carbono/Compuestos de carbono

Compuestos de carbono/carbono son compuestos con fibra de carbono o grafito como refuerzo y carbono o grafito como matriz. Este material tiene una buena resistencia al choque térmico. El grafito en los materiales compuestos de carbono/carbono como fase de refuerzo y como fase de matriz. Mediante el control de la estructura y el contenido de grafito, se puede preparar para satisfacer los diferentes requisitos de los materiales compuestos de carbono/carbono. Y se puede utilizar ampliamente en el campo aeroespacial, como en la fabricación de discos de freno para aviones.

Compuestos de grafeno

Grafeno es una capa atómica única de material bidimensional desprendido del grafito, que posee excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Combinando el grafeno con otros materiales, se pueden preparar compuestos de grafeno de alto rendimiento. Por ejemplo, al combinarlo con caucho, puede mejorar significativamente la fuerza y la resistencia al desgaste del caucho.

Materiales compuestos de matriz cerámica

Los materiales cerámicos tradicionales tienen las características de alta dureza y fragilidad. La adición de grafito puede aliviar eficazmente la concentración de tensiones en el interior de la cerámica y mejorar la tenacidad del material. Por lo tanto, puede utilizar compuestos de matriz cerámica reforzados con grafito para fabricar revestimientos de hornos de alta temperatura, herramientas de corte, etc.

Materiales compuestos de matriz de vidrio

La adición de grafito al compuesto de matriz de vidrio le confiere cierta conductividad y autolubricidad. Puede utilizar este material compuesto para fabricar productos de vidrio especiales, como vidrio con funciones antivaho y antiestático.

Compuestos de matriz de caucho

Rellenar los compuestos de matriz de caucho con grafito puede hacer que tengan una buena conductividad eléctrica y resistencia al desgaste. Añadiendo grafito al caucho se pueden preparar productos de caucho antiestáticos, como las cintas transportadoras utilizadas en las minas de carbón. Puede prevenir eficazmente los accidentes de seguridad causados por la electricidad estática.

Materiales compuestos de matriz de cemento

En los compuestos a base de cemento, la adición de grafito puede mejorar la conductividad y las propiedades mecánicas del cemento. Mediante calentamiento eléctrico, puede derretir la nieve y el hielo de la carretera, por lo que puede utilizarse para fabricar materiales de deshielo de carreteras.

Conclusión

En resumen, el grafito es un material cristalino en capas compuesto de carbono elemental, que es una sustancia de un solo componente y no un material compuesto. Sin embargo, el grafito desempeña un papel fundamental en el campo de los materiales compuestos. El grafito puede mejorar significativamente las propiedades de los materiales compuestos al combinarse con otros materiales, y crear nuevos materiales con excelentes propiedades integrales. Si necesita comprar materiales de grafito, contáctenos ahora.