La grafite è un materiale composito?

La grafite è spesso utilizzata come fase di rinforzo nella preparazione di materiali compositi e ha un'ampia gamma di applicazioni. Tuttavia, si discute spesso se la grafite sia un materiale composito. Sulla base della definizione di scienza dei materiali, in questo articolo discuteremo la composizione e la struttura della grafite. E chiarirà le differenze essenziali tra grafite e materiali compositi.

Analisi dei materiali compositi

Definizione Spiegazione

In senso stretto, i materiali compositi sono composti da due o più materiali con proprietà diverse. Attraverso metodi fisici o chimici, formano materiali con nuove proprietà a livello macro (micro). Questi materiali componenti mantengono la loro relativa indipendenza nel composito. E collaborano tra loro per conferire al composito proprietà che un singolo materiale non può avere. Come nel caso delle plastiche rinforzate con fibra di vetro. La fibra di vetro fornisce elevata resistenza e rigidità, mentre la plastica conferisce al materiale buona formabilità e resistenza chimica. E si combinano per creare un materiale composito dalle prestazioni eccellenti.

Caratteristiche principali

In primo luogo, il materiale composito è progettabile. È possibile selezionare diversi materiali di composizione e metodi compositi in base ai diversi requisiti di utilizzo. È quindi possibile controllare con precisione le prestazioni dei materiali compositi. In secondo luogo, i materiali compositi tendono a ottenere prestazioni migliori rispetto alle semplici sovrapposizioni dei materiali che li compongono, il che è chiamato "sinergia". Inoltre, esiste un'interfaccia evidente tra i componenti del materiale composito. Le proprietà dell'interfaccia hanno un impatto cruciale sulle proprietà complessive del materiale composito.

Esplorazione della natura della grafite

Formazione della grafite

Grafite naturale

Si forma dal metamorfismo della materia organica dopo un lungo periodo geologico e si trova nelle rocce metamorfiche. In base alla forma cristallina, si divide in grafite cristallina e criptocristallina. La prima ha una buona conducibilità elettrica e lubrificazione, mentre la seconda ha una grande superficie specifica.

Grafite artificiale

Viene preparato a partire dal coke di petrolio e da altre materie prime contenenti carbonio mediante grafitizzazione ad alta temperatura. È possibile controllare con precisione le sue prestazioni regolando le materie prime, la temperatura e il tempo, ed è ampiamente utilizzato nell'industria moderna.

Microstruttura della grafite

Ha una struttura stratificata, gli atomi di carbonio nello strato formano una rete esagonale con legami covalenti e gli strati sono collegati da forze di van der Waals. Ha quindi una buona conducibilità elettrica, termica e di lubrificazione in direzione del piano.

Caratteristiche prestazionali della grafite

Ha un'eccellente conducibilità elettrica e termica, ed è un materiale ideale per elettrodi e dissipatori di calore. Inoltre, la sua buona stabilità chimica e l'autolubrificazione possono ridurre l'attrito e l'usura delle parti meccaniche.

Applicazioni della grafite nei materiali compositi

Compositi a matrice polimerica

Nei compositi a matrice polimerica, l'aggiunta di grafite può migliorare significativamente la conduttività elettrica, la conduttività termica e le proprietà meccaniche del polimero. Ad esempio, aggiungendo un'adeguata quantità di grafite alla plastica si possono preparare prodotti plastici con proprietà antistatiche. Questo è ampiamente utilizzato nel campo dell'imballaggio elettronico. Inoltre, i compositi a matrice polimerica rinforzati con grafite hanno anche una buona resistenza all'usura. È possibile utilizzarli per produrre parti resistenti all'usura, come le guarnizioni meccaniche.

Compositi a matrice metallica

Nei compositi a matrice metallica, l'aggiunta di grafite può migliorare le prestazioni del metallo. Può ridurre la densità del materiale e migliorarne la resistenza all'usura e l'autolubrificazione. Prendendo come esempio il materiale composito a base di inchiostro di alluminio, questo materiale ha sia la leggerezza e le buone prestazioni di lavorazione dell'alluminio, sia la proprietà autolubrificante della grafite. Può essere utilizzato per produrre pistoni di motori e altre parti per migliorare l'efficienza di lavoro e la durata del motore.

Carbonio/Compositi di carbonio

Compositi di carbonio/carbonio sono compositi con fibre di carbonio o grafite come rinforzo e carbonio o grafite come matrice. Questo materiale ha una buona resistenza agli shock termici. La grafite è presente nei materiali compositi carbonio/carbonio sia come fase di rinforzo che come fase di matrice. Controllando la struttura e il contenuto di grafite, è possibile prepararla per soddisfare i diversi requisiti dei materiali compositi carbonio/carbonio. Inoltre, può essere ampiamente utilizzata nel settore aerospaziale, ad esempio nella produzione di dischi freno per aerei.

Compositi di grafene

Grafene è un singolo strato atomico di materiale bidimensionale strappato alla grafite, che presenta eccellenti proprietà meccaniche, elettriche e termiche. Combinando il grafene con altri materiali, è possibile preparare compositi di grafene ad alte prestazioni. Ad esempio, combinandolo con la gomma, può migliorare significativamente la forza e la resistenza all'usura della gomma.

Compositi a matrice ceramica

I materiali ceramici tradizionali hanno caratteristiche di elevata durezza e fragilità. L'aggiunta di grafite può alleviare efficacemente la concentrazione di stress all'interno della ceramica e migliorare la tenacità del materiale. È quindi possibile utilizzare i compositi a matrice ceramica rinforzati con grafite per produrre rivestimenti per forni ad alta temperatura, utensili da taglio, ecc.

Compositi a matrice di vetro

L'aggiunta di grafite nel composito a matrice di vetro gli conferisce una certa conduttività e autolubrificazione. È possibile utilizzare questo materiale composito per realizzare prodotti di vetro speciali, come il vetro con funzioni antiappannamento e antistatiche.

Compositi a matrice di gomma

Riempiendo i compositi a matrice di gomma con la grafite è possibile ottenere una buona conducibilità elettrica e resistenza all'usura. Aggiungendo grafite alla gomma si possono preparare prodotti in gomma antistatici, come i nastri trasportatori utilizzati nelle miniere di carbone. Può prevenire efficacemente gli incidenti di sicurezza causati dall'elettricità statica.

Compositi a matrice di cemento

Nei compositi a base di cemento, l'aggiunta di grafite può migliorare la conduttività e le proprietà meccaniche del cemento. Attraverso il riscaldamento elettrico, può sciogliere la neve e il ghiaccio sulle strade, quindi può essere utilizzata per produrre materiali per il deicing stradale.

Conclusione

In sintesi, la grafite è un materiale cristallino stratificato composto da carbonio elementare, che è una sostanza monocomponente piuttosto che un materiale composito. Tuttavia, la grafite svolge un ruolo fondamentale nel campo dei materiali compositi. La grafite può migliorare significativamente le proprietà dei materiali compositi combinandosi con altri materiali e creare nuovi materiali con eccellenti proprietà globali. Se avete bisogno di acquistare materiali in grafite, contattateci subito.