Panduan Sifat Mekanik Grafit: Semua yang Perlu Anda Ketahui

Sifat mekanis grafit adalah berbagai sifat yang muncul akibat aksi gaya. Sifat-sifat ini dapat dengan jelas diturunkan dari kekhasan struktural grafit-atom karbon dalam setiap lapisan memiliki ikatan kovalen yang kuat, tetapi di antara lapisan-lapisan tersebut, ikatannya lemah.

Sifat Mekanis Grafit

Kekuatan Tekan Grafit

Kekuatan tekan grafit bersifat anisotropik, dan kekuatan yang sejajar dengan bidang, jauh lebih tinggi daripada kekuatan pada arah vertikal. Sebagai contoh, kekuatan tekan elektroda karbon pada arah paralel adalah 21,6 ~ 49,0 MPa, sedangkan pada arah vertikal hanya 11,7 ~ 29,4 MPa. Selain itu, kekuatan tekan grafit pirolitik sangat meningkat pada suhu tinggi hingga 137,3 MPa.

Kekuatan Lentur Grafit

Kekuatan lentur grafit memiliki perbedaan arah: 4,9 ~ 12,7MPa pada arah paralel dan 5,8 ~ 15,7MPa pada arah vertikal. Kekuatan lentur grafit meningkat seiring dengan kenaikan suhu, dan karenanya mengindikasikan sifat mekanis suhu tinggi yang sangat bagus.

Modulus Elastisitas Grafit

Modulus elastisitas grafit mencerminkan hubungan antara tegangan dan regangan, arah paralel lebih penting daripada arah vertikal, suhu ruangan sangat penting. Dengan kenaikan suhu, perubahan modulus elastisitasnya sangat penting untuk meramalkan kinerja mekanik.

Koefisien Ekspansi Termal Grafit

Grafit berubah dengan suhu, dan perbedaan koefisien ekspansi termal terlihat jelas di antara arah yang berbeda. Pirolitik grafit memiliki struktur yang sangat baik dan stabilitas dimensi yang baik pada suhu tinggi.

Kekuatan Hasil Grafit

Kekuatan luluh mencerminkan kemampuan grafit untuk bertransformasi dari deformasi elastis menjadi deformasi plastis, dan ukurannya banyak dipengaruhi oleh arah dan suhu. Kekuatan luluh meningkat pesat pada suhu tinggi, yang sesuai dengan lingkungan suhu tinggi.

Kekerasan Grafit

Kekerasan grafit bersifat anisotropik dan bergantung pada metode pengujian; dapat ditentukan dengan kekerasan lekukan atau kekerasan pantulan. Grafit pirolitik memiliki kekerasan yang relatif tinggi dan sangat cocok untuk aplikasi dengan presisi tinggi. Kekerasan tergantung pada arah dan bagaimana beban diterapkan.

Aplikasi Berdasarkan Sifat Mekanik Grafit

Aplikasi Suhu Tinggi

Umumnya digunakan di bagian tungku, cawan leburdan cetakan untuk pengecoran logam, material ini dapat mempertahankan integritas strukturalnya dan menahan deformasi pada suhu yang sangat tinggi. Selain itu, koefisien muai panasnya yang rendah secara efektif mengurangi tekanan panas dan menunjukkan daya tahan yang sangat baik dalam perubahan suhu yang cepat.

Kedirgantaraan dan Pertahanan

Karena sifatnya yang ringan, rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, dan sifat yang sangat tahan suhu, bahan ini memiliki aplikasi yang luas dalam pembuatan roket nozelsistem perlindungan termal, dan komponen struktural. Dengan sifat mekanik suhu tinggi, grafit dapat mewujudkan stabilitas yang sangat baik di lingkungan yang ekstrem. Selain itu, anisotropinya dapat dioptimalkan dengan desain untuk memenuhi berbagai persyaratan kinerja komponen.

Industri Nuklir

Sifat mekanik dan stabilitas kimia yang baik memungkinkan grafit untuk bertindak baik sebagai moderator dan bahan struktural dalam nuklir reaktor. Grafit memiliki luas penampang penyerapan neutron yang rendah dan kekuatan tekan yang tinggi, sehingga memungkinkan material ini beroperasi dengan stabil dalam jangka waktu yang sangat lama dalam kondisi radiasi dan suhu tinggi.

Pelumasan dan Penyegelan

Grafit memiliki kekerasan yang rendah, sifat pelumasan sendiri yang baik, dan kekuatan tekan yang tinggi. Ini dapat digunakan secara luas di bantalangasket dan segel peralatan industri. Koefisien gesekannya yang rendah dan ketahanan aus yang sangat baik sangat cocok untuk kebutuhan penyegelan di lingkungan bertekanan tinggi, bersuhu tinggi, dan lingkungan korosi kimia.

Berdampak pada sifat mekanik grafit

Struktur kristal grafit

Batas butir dari cacat Stone-Wales menandai dampak yang sangat besar pada kekuatan tarik dan perilaku patah. Area di mana cacat memiliki struktur dengan kepadatan tinggi juga dapat memiliki kekuatan mekanik yang lebih rendah, karena tegangan lokal mungkin terkonsentrasi.

Metode produksi grafit

Grafit polikristalin yang disintesis dengan CVD biasanya melibatkan batas butir yang memberikan kekuatan tarik yang lebih rendah. Namun, grafit kristal tunggal memiliki sifat mekanik yang lebih baik karena cacatnya lebih sedikit.

Ukuran dan orientasi butiran grafit

Hal ini karena butiran yang lebih besar dapat menawarkan rute yang lebih kontinu untuk distribusi tegangan, sehingga meningkatkan kekuatan. Namun, butiran yang lebih kecil akan menyebabkan peningkatan kerapuhan dan pengurangan lebih lanjut dalam kekuatan keseluruhan karena peningkatan batas butir.

Modifikasi dan fungsionalisasi permukaan grafit

Modifikasi dan fungsionalisasi permukaan memungkinkan peningkatan interaksi di permukaan dan distribusi tegangan yang lebih homogen, sehingga mengurangi kegagalan akibat cacat. Sebagai contoh, permukaan yang difungsionalisasi mungkin lebih tangguh dan tahan terhadap pertumbuhan retak.

Kesimpulan

Sebagai bahan non-logam, struktur dan morfologi grafit biasanya menentukan sifat mekaniknya. Sifat mekanik yang sangat baik dari grafit juga banyak digunakan di banyak bidang industri. Di masa depan, penerapan sifat mekanik grafit akan semakin luas dan mendalam seiring dengan kemajuan dan peningkatan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus menerus. Hal ini akan memberikan arah baru bagi perkembangan industri dan ilmu pengetahuan dan teknologi.