Guide des propriétés mécaniques du graphite : Tout ce qu'il faut savoir

Les propriétés mécaniques du graphite sont les diverses propriétés qui apparaissent sous l'action d'une force. Ces propriétés peuvent être clairement dérivées de la particularité structurelle du graphite : les atomes de carbone de chaque couche ont une liaison covalente solide, mais entre les couches, la liaison est faible.

Propriétés mécaniques du graphite

Résistance à la compression du graphite

La résistance à la compression du graphite est anisotrope, et la résistance parallèle au plan est beaucoup plus élevée que celle dans la direction verticale. Par exemple, la résistance à la compression des électrodes de carbone dans la direction parallèle est de 21,6~49,0 MPa, alors qu'elle n'est que de 11,7~29,4 MPa dans la direction verticale. En outre, la résistance à la compression du graphite pyrolytique est considérablement améliorée à haute température, jusqu'à 137,3 MPa.

Graphite Résistance à la flexion

La résistance à la flexion du graphite varie selon la direction : 4,9~12,7MPa dans le sens parallèle et 5,8~15,7MPa dans le sens vertical. La résistance à la flexion du graphite augmente avec l'augmentation de la température, ce qui indique d'excellentes propriétés mécaniques à haute température.

Module d'élasticité du graphite

Le module d'élasticité du graphite reflète la relation entre la contrainte et la déformation, la direction parallèle étant plus importante que la direction verticale, la température ambiante est particulièrement critique. Avec l'augmentation de la température, le changement du module d'élasticité est très important pour prévoir les performances mécaniques.

Coefficient de dilatation thermique du graphite

Le graphite change avec la température, et la différence de coefficient de dilatation thermique est évidente entre les différentes directions. Pyrolytique graphite a une excellente structure et une bonne stabilité dimensionnelle à haute température.

Limite d'élasticité du graphite

La limite d'élasticité reflète la capacité du graphite à passer d'une déformation élastique à une déformation plastique, et sa taille est fortement influencée par la direction et la température. La limite d'élasticité est considérablement améliorée à haute température, ce qui correspond à l'environnement à haute température.

Dureté du graphite

La dureté du graphite est anisotrope et dépend de la méthode d'essai ; elle peut être déterminée par la dureté d'indentation ou la dureté de rebondissement. Le graphite pyrolytique a une dureté relativement élevée et convient particulièrement aux applications de haute précision. La dureté dépend de la direction et de la manière dont la charge est appliquée.

Application basée sur les propriétés mécaniques du graphite

Applications à haute température

Utilisé couramment dans les pièces des fours, creusetsLe matériau peut conserver son intégrité structurelle et résister à la déformation à des températures extrêmement élevées. En outre, son faible coefficient de dilatation thermique réduit efficacement les contraintes thermiques et présente une excellente durabilité en cas de changements rapides de température.

Aérospatiale et défense

En raison de sa légèreté, de son rapport résistance/poids élevé et de ses propriétés très résistantes à la température, il trouve de nombreuses applications dans la fabrication de fusées, d'avions et d'hélicoptères. busesLe graphite est utilisé dans les systèmes de chauffage, les systèmes de protection thermique et les composants structurels. Grâce à ses propriétés mécaniques à haute température, le graphite peut atteindre une très bonne stabilité dans des environnements extrêmes. En outre, son anisotropie peut être optimisée par la conception pour répondre aux diverses exigences de performance des composants.

Industrie nucléaire

Les bonnes propriétés mécaniques et la stabilité chimique du graphite lui permettent d'agir à la fois comme modérateur et comme matériau structurel dans les nucléaire réacteurs. Le graphite a une faible section d'absorption des neutrons et une grande résistance à la compression, ce qui permet à ce matériau de fonctionner régulièrement pendant de très longues périodes dans des conditions de rayonnement élevé et de haute température.

Lubrification et étanchéité

Le graphite a une faible dureté, de bonnes propriétés autolubrifiantes et une grande résistance à la compression. Il peut être largement utilisé dans roulementsIl s'agit d'un matériau de base pour la fabrication de joints et de garnitures d'équipements industriels. Son faible coefficient de frottement et son excellente résistance à l'usure sont particulièrement adaptés aux besoins d'étanchéité dans les environnements à haute pression, haute température et corrosion chimique.

Impact sur les propriétés mécaniques du graphite

Structure cristalline du graphite

Les limites de grain des défauts Stone-Wales ont un impact considérable sur la résistance à la traction et le comportement à la rupture. Les zones où les défauts ont une structure à haute densité pourraient également avoir une résistance mécanique plus faible, car les contraintes locales peuvent être concentrées.

Méthode de production de graphite

Le graphite polycristallin synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur comporte généralement des joints de grains, ce qui réduit la résistance à la traction. Toutefois, les graphites monocristallins ont de meilleures propriétés mécaniques, simplement parce qu'ils présentent moins de défauts.

Taille et orientation des grains de graphite

En effet, les grains plus gros peuvent offrir une voie plus continue pour la distribution de la contrainte, ce qui augmente la résistance. Cependant, des grains plus petits conduiraient à une fragilité accrue et à une réduction supplémentaire de la résistance globale en raison de l'augmentation des joints de grains.

Modification et fonctionnalisation de la surface du graphite

La modification et la fonctionnalisation des surfaces permettent d'améliorer les interactions à la surface et une distribution plus homogène des contraintes, réduisant ainsi les défaillances dues à des défauts. Par exemple, les surfaces fonctionnalisées peuvent être plus robustes et résister à la formation de fissures.

Conclusion

En tant que matériau non métallique, la structure et la morphologie du graphite déterminent généralement ses propriétés mécaniques. Les excellentes propriétés mécaniques du graphite sont également largement utilisées dans de nombreux domaines industriels. À l'avenir, les applications des propriétés mécaniques du graphite seront encore plus étendues et approfondies grâce aux progrès et aux améliorations constants de la science et de la technologie. Cela donnera une nouvelle orientation au développement de l'industrie, de la science et de la technologie.