흑연 기계적 특성 가이드: 알아야 할 모든 것

흑연의 기계적 성질은 힘의 작용에 의해 나타나는 다양한 성질을 말합니다. 이러한 특성은 모든 층 내의 탄소 원자는 공유 결합이 단단하지만 층 사이에는 결합이 약하다는 흑연의 구조적 특수성에서 명확하게 도출할 수 있습니다.

흑연의 기계적 특성

흑연 압축 강도

흑연의 압축 강도는 이방성이며 평면에 평행한 강도가 수직 방향의 강도보다 훨씬 높습니다. 예를 들어, 평행 방향의 탄소 전극의 압축 강도는 21.6~49.0 MPa인 반면 수직 방향은 11.7~29.4 MPa에 불과합니다. 또한 열분해 흑연의 압축 강도는 고온에서 최대 137.3 MPa까지 크게 향상됩니다.

흑연 굴곡 강도

흑연의 굴곡 강도는 방향에 따라 차이가 있습니다: 평행 방향은 4.9~12.7MPa, 수직 방향은 5.8~15.7MPa입니다. 흑연의 굽힘 강도는 온도가 상승함에 따라 증가하므로 매우 우수한 고온 기계적 특성을 나타냅니다.

흑연 탄성 계수

흑연 탄성계수는 응력과 변형률의 관계를 반영하며, 수직 방향보다 평행 방향이 더 중요하며, 실온이 특히 중요합니다. 온도 상승에 따른 탄성 계수의 변화는 역학 성능을 예측하는 데 매우 중요합니다.

흑연 열팽창 계수

흑연은 온도에 따라 변화하며 방향에 따라 열팽창 계수의 차이가 뚜렷합니다. 열분해 흑연 는 구조가 우수하고 고온에서 치수 안정성이 우수합니다.

흑연 수율 강도

항복 강도는 흑연이 탄성 변형에서 소성 변형으로 변환하는 능력을 반영하며, 그 크기는 방향과 온도에 따라 많은 영향을 받습니다. 항복 강도는 고온에서 크게 향상되므로 고온 환경에 적합합니다.

흑연의 경도

흑연의 경도는 이방성이며 테스트 방법에 따라 다르며 압입 경도 또는 반발 경도로 결정할 수 있습니다. 열분해 흑연은 상대적으로 높은 경도를 가지며 특히 정밀도가 높은 애플리케이션에 적합합니다. 경도는 하중이 가해지는 방향과 방법에 따라 달라집니다.

흑연의 기계적 특성에 기반한 애플리케이션

고온 애플리케이션

일반적으로 용광로 부품에 사용됩니다, 도가니금속 주조용 금형에 사용되는 이 소재는 구조적 무결성을 유지하고 초고온에서도 변형에 견딜 수 있습니다. 또한 열팽창 계수가 낮아 열 스트레스를 효과적으로 줄이고 급격한 온도 변화에서도 뛰어난 내구성을 발휘합니다.

항공우주 및 방위

가볍고 무게 대비 강도가 높으며 내열성이 뛰어나 로켓 제조에 폭넓게 적용되고 있습니다. 노즐열 보호 시스템 및 구조 부품에 사용됩니다. 흑연은 고온의 기계적 특성으로 극한 환경에서도 매우 우수한 안정성을 구현할 수 있습니다. 또한 이방성은 구성 요소의 다양한 성능 요구 사항을 충족하도록 설계에 따라 최적화할 수 있습니다.

원자력 산업

우수한 기계적 특성과 화학적 안정성으로 흑연은 다음 분야에서 중재자 및 구조 재료로 작용할 수 있습니다. 핵 원자로에 사용됩니다. 흑연은 중성자 흡수 단면적이 낮고 압축 강도가 높기 때문에 높은 방사선과 고온 조건에서 매우 오랜 시간 동안 안정적으로 작동할 수 있는 소재입니다.

윤활 및 밀봉

흑연은 경도가 낮고 자체 윤활 특성이 우수하며 압축 강도가 높습니다. 다음 분야에서 널리 사용될 수 있습니다. 베어링산업 장비의 개스킷 및 씰링에 사용됩니다. 낮은 마찰 계수와 뛰어난 내마모성으로 고압, 고온 및 화학적 부식 환경의 씰링 요구에 특히 적합합니다.

흑연 기계적 특성에 미치는 영향

흑연 결정 구조

스톤-웨일즈 결함의 입자 경계는 인장 강도와 파단 거동에 큰 영향을 미칩니다. 결함이 고밀도 구조를 갖는 영역은 국부 응력이 집중될 수 있기 때문에 기계적 강도가 낮아질 수도 있습니다.

흑연 생산 방법

CVD로 합성된 다결정 흑연은 일반적으로 입자 경계가 존재하기 때문에 인장 강도가 낮습니다. 그러나 단결정 흑연은 결함이 적기 때문에 기계적 특성이 더 우수합니다.

흑연 입자 크기 및 방향

입자가 클수록 응력 분포 경로가 더 연속적이어서 강도가 높아질 수 있기 때문입니다. 그러나 입자가 작으면 입자 경계가 증가하여 취성이 증가하고 전체 강도가 더욱 감소합니다.

흑연 표면 수정 및 기능화

표면 수정 및 기능화를 통해 표면에서의 상호작용을 개선하고 응력을 보다 균일하게 분배하여 결함으로 인한 고장을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 기능화된 표면은 더 단단하고 균열이 잘 생기지 않을 수 있습니다.

결론

비금속 재료인 흑연의 구조와 형태는 일반적으로 기계적 특성을 결정합니다. 흑연의 우수한 기계적 특성은 많은 산업 분야에서도 널리 사용되고 있습니다. 앞으로 흑연의 기계적 특성은 과학 기술의 지속적인 발전과 개선으로 더욱 광범위하고 심도 있게 적용될 것입니다. 이는 산업과 과학 기술의 발전에 새로운 방향을 제시할 것입니다.