Eigenschappen van grafiet

Inleiding

Waarom is grafiet speciaal? Het is sterk en glad. Het verplaatst elektriciteit gemakkelijk. En het is bestand tegen corrosie bij hoge temperaturen. Hier lees je meer over de eigenschappen van grafiet. We gaan dieper in op wat grafiet zo'n perfect materiaal maakt voor machinaal gebruik. Als je wilt zien hoe grafiet ingenieurs helpt, blijf dan lezen.

De fysische eigenschappen van grafiet begrijpen!

Grafiet is gemaakt van koolstof. De lagen zijn zacht en bewegen gemakkelijk. Elke laag is plat. De eigenschappen van grafiet zijn onder andere het lichte gewicht, ongeveer 2,26 g/cm³. Je kunt het aanraken en het is glad. Zo wordt het gebruikt om elektriciteit door te laten stromen. Grafiet wordt ook gebruikt in batterijen en potloden.

Het smelt niet alleen pas bij de superhete 3550°C, maar is ook erg sterk. Het is deze speciale eigenschap die het goed maakt voor de binnenkant van machines. Grafiet is anders dan diamant maar heel bruikbaar. Koolstof kan ook in verschillende tinten zijn; ze zijn het allebei maar het werkt anders.

Chemische eigenschappen van grafiet!

- Hoge traagheid

Grafiet is niet gemakkelijk te veranderen. De meeste chemicaliën veranderen niet. De elektronen in de koolstofatomen in grafiet zijn erg sterk. Grafiet is veilig omdat ze in lagen zijn gerangschikt. Het corrodeert niet in zuur of base. Aan de andere kant kun je grafiet in fabrieken gebruiken en werkt het bij 3600°C!

Daarom is het goed in grote machines. Het werkt bij zeer hoge temperaturen waar je op kunt vertrouwen. Ook in kernreactoren is grafiet sterk. Je zult merken dat het langer meegaat dan vrijwel elk ander materiaal. Dit is hoe Jinsun Koolstof maakt grafietelektroden die nog lange tijd in fabrieken onder hoge hitte kunnen werken.

- Weerstand tegen oxidatie

Grafiet is taai. Het breekt niet wanneer het heet is. Onder 600°C reageert het niet met zuurstof. Dat betekent dat het veilig is voor fabrieken. Het wordt gebruikt in ovens (als je het zou gebruiken voor het creëren van elektroden).

Een van de eigenschappen van grafiet is dat het sterk is als dingen heet worden. Dat komt omdat grafiet zichzelf beschermt tegen afbraak en langer meegaat. In metaalfabrieken waar de hitte erg hoog is, wil je het gebruiken. Alles blijft veilig en sterk. Jinsun Carbon levert grafietelektroden voor metaalfabrieken die extreme hitte veilig verdragen.

- Zuurbestendigheid

Grafiet is veilig in zuur. Het reageert niet als je er een sterk zuur, zoals zwavelzuur, in doet. Je vindt het in batterijen of in chemische fabrieken. Dit materiaal werkt goed op moeilijke plaatsen.

Grafiet gaat lang mee omdat de atomen zo sterk met elkaar verbonden zijn. Door de eigenschappen van grafiet verandert het niet, zelfs niet in zuur. Het houdt de machines draaiende. In veel industrieën waar je andere materialen kunt breken, behalve in een sterk zuur, gebruik je het.

- Alkalibestendigheid

In alkali blijft grafiet sterk. Het reageert niet op sterke chemicaliën, zoals natriumhydroxide. Het is moeilijk af te breken. Je hebt dingen nodig die lang meegaan in je fabriek.

Grafiet is bestand tegen chemicaliën die andere dingen kunnen beschadigen. Grafiet is veilig omdat de koolstofatomen ervoor zorgen dat het veilig is. Het is zeer goed bestand tegen alkali; het kan gebruikt worden op plaatsen waar andere materialen het niet lang uithouden. Het werkt wanneer dingen fout gaan, maar het werkt nog steeds wanneer ze goed gaan.

- Thermische stabiliteit

Grafiet is stabiel in hitte. Het is bestand tegen temperaturen tot 3600 °C. Het zal niet smelten. Maar de koolstoflagen blijven sterk en veilig. Het kan worden gebruikt in zeer hete machines zoals hitteschilden en raketonderdelen.

Warmte gaat ook goed in grafiet. Daarom zit het in elektronica. Het houdt machines koel. De thermische stabiliteit is een van de beste eigenschappen van grafiet. Het zit op veel plaatsen waar veel hitte is, zodat dingen beter werken. Deze extreme omstandigheden? Geen probleem, Jinsun Koolstof grafietproducten excel.

Tabel met chemische eigenschappen van grafiet!

Mechanische eigenschappen en sterkte van grafiet!

- Lage treksterkte

Grafiet uit elkaar trekken is niet sterk. Het is dat wat kan breken met een kracht van 20-25 MPa. Als je aan grafiet trekt, knapt het omdat het zoveel kracht niet aankan. Als je het uitrekt, glijden de koolstoflagen weg. Boven 500 MPa treksterkte zijn dingen sterker: staal bijvoorbeeld.

Als je denkt aan de eigenschappen van grafiet, bedenk dan dat het niet goed tegen uitrekken kan. Het breekt gemakkelijk als er te hard aan getrokken wordt. Treksterkte betekent hoeveel kracht er op iets kan worden uitgeoefend voordat het breekt.

- Hoge druksterkte

Als je op grafiet duwt, wordt het heel sterk. Dit ding kan tot 150 MPa druk op je uitoefenen. Het blijft sterk als je erop drukt. Zelfs met veel kracht zijn de lagen grafiet moeilijk te pletten. Het is sterk omdat de zeshoekige atomen helpen om het sterk te houden als er druk op wordt uitgeoefend.

Als je de eigenschappen van grafiet bekijkt, zie je dat het goed tegen druk kan. Zowel de sterkte als de druksterkte maken het een goede kandidaat voor gebruik in afdichtingen die dicht moeten blijven.

- Anisotroop gedrag

De manier waarop je duwt maakt een verschil voor grafiet. Het scheurt gemakkelijk in één richting. In een andere richting is het sterk tegen samendrukken. Dit is anisotroop volgens ingenieurs.

Door ze uit elkaar te trekken glijden de koolstoflagen uit elkaar, maar weerstaan ze druk. Deze eigenschappen van grafiet maken het speciaal voor dingen als elektroden. Het geleidt elektriciteit zelfs beter in de ene richting dan in de andere.

- Elastische modulus

Grafiet buigt onder druk, maar niet te veel. De elasticiteitsmodulus is 10-15 GPa. Stijfheid is wat de elasticiteitsmodulus je vertelt. Grafiet geeft een beetje mee als je erop duwt, maar het veert terug.

Staal is bijvoorbeeld veel stijver met 200 GPa. Het is zachter, omdat het dat is, maar heeft desondanks een goede sterkte. De elasticiteit betekent dat het kan buigen en opnieuw kan weken.

- Breuktaaiheid

Als je grafiet te hard duwt, barst het gemakkelijk. De breuktaaiheid is 0,5 tot 1,5 MPa-m¹/². Als je niet voorzichtig bent, duw je erop en barst het snel. Zodra een scheur begint, verspreidt hij zich.

Grafiet kan niet goed tegen scheuren, dus ingenieurs moeten er voorzichtig mee omgaan. Het is goed onder druk, maar het breekt als er te hard aan getrokken of geslagen wordt. In termen van breuktaaiheid weet je hoeveel een materiaal aankan voordat het zijn vorm verliest.

Tabel over mechanische eigenschappen en sterkte van grafiet!

Elektrische geleidbaarheid van grafiet!

- Vrije elektronen

Grafiet heeft vrije elektronen. Drie van de vier koolstofatomen hebben drie elektronen die in bindingen gaan. Eén elektron beweegt vrij. Hierdoor beweegt elektriciteit. Er zijn ongeveer 6 x 10¹⁸ vrije elektronen in één cm³ grafiet. Ze gaan heen en weer tussen de lagen. Daarom geleidt het stroom.

Dat maakt het nuttig, omdat andere soorten koolstof niet zo goed werken. Eigenschappen van grafiet maken het anders dan diamant. Grafiet kan worden gebruikt in elektrische bewegende snelle dingen. De grafietelektroden die in de staal- en metaalindustrie worden gebruikt, worden gemaakt door Jinsun Carbon, dat grafietelektroden van hoge kwaliteit maakt.

- Gelaagde structuur

Er zijn veel dunne lagen grafiet. De atomen vormen een zeshoek. Ze glijden gemakkelijk. Zwakke krachten, van der Waals krachten, houden de lagen vast. De lagen liggen 3,35 Å uit elkaar.

Hierdoor kunnen de elektronen tussen de lagen komen. Elke laag vertoont een sterke binding van 1,42 Å tussen koolstofatomen. Eigenschappen van grafiet maken het zacht en goed voor vele toepassingen. Het helpt het beter elektriciteit op te bouwen. De gelaagde structuren worden gebruikt voor de elektroden van Jinsun Carbon voor de hoogste prestaties.

- Hoge geleidbaarheid

Grafiet is een goede geleider van elektriciteit. Daarin bewegen ze hun π elektronen vrij. Ze vormen een elektronenwolk die beter werkt. De geleiding gaat tot 10³ S/m. Je vindt het in batterijen en in elektrisch gereedschap.

In feite is de geleiding van grafiet beter dan die van de meeste niet-metalen. De elektronen blijven op geen enkel atoom plakken, dus zo werkt het. Je ziet dit zelfs in alledaags gereedschap zoals potloden en batterijen.

- Anisotrope geleiding

In grafiet stroomt elektriciteit anders in verschillende richtingen. Het stroomt heel snel langs de lagen. Hier hebben we een elektriciteitssnelheid van 10⁵ S/m. Tussen de lagen, waar de bindingen zwakker zijn, gaat het langzamer.

En dat maakt grafiet zo goed als je elektriciteit in één richting nodig hebt, omdat het maar in één richting kan stromen. Dit is mogelijk dankzij de lagen. De beste kwaliteit anisotrope geleiding voor jouw behoeften wordt gegarandeerd door Jinsun Carbon.

- Gedelokaliseerde Π-Elektronen

De π elektronen bewegen over de lagen in grafiet. Ze blijven niet bij één atoom hangen. In feite beweegt de stroom goed door grafiet. De atomen in grafiet hebben een vorm die sp² wordt genoemd. Dat betekent dat er één elektron vrij is. Elektriciteit kan gemakkelijk door de lagen van de nitrocellulose gaan.

Thermische eigenschappen van grafiet!

- Hoge thermische geleidbaarheid

De reden waarom grafiet zo speciaal is, is dat het zeer snel warmte verplaatst. Het is in staat om warmte te verplaatsen met een snelheid van 200 tot 800 W/m-K. Door de laagjes verplaatst warmte zich ver in grafiet. Het wordt gebruikt in elektronica waar dingen erg heet kunnen worden, gebruiken ingenieurs. Maar sommige soorten grafiet kunnen zelfs 1.700 W/m-K bereiken.

Dat is echt snel! Deze eigenschappen worden gebruikt door onderdelen zoals koellichamen om te koelen. De eigenschappen van grafiet maken het geweldig voor het afvoeren van warmte uit computers en lampen.

- Warmteafvoer

Het afvoeren van warmte is waar grafiet voor gemaakt is. In hete omgevingen koelt het heel snel af; het houdt geen warmte vast. Het is goed voor machines zoals computers.

Het grafiet kan 700 W/m-K warmte opnemen. Het biedt de mogelijkheid om de warmte snel ver van de hete plaatsen te verspreiden. Zulke eigenschappen van grafiet zijn belangrijk om te voorkomen dat machines oververhit raken. Apparaten zoals CPU's en LED's die hard werken kunnen dit bewijzen.

- Temperatuurbestendigheid

Als je grafiet onder de superhete supercompressor legt, blijft het sterk. Het smelt bij 3.600°C en het houdt stand. Het wordt gebruikt in een omgeving zoals een oven of zelfs in een ruimteschip waar dingen te heet worden. Het is geweldig voor echt zwaar werk, zoals in een oven of een ruimteraket. Het breekt ook niet als het koud wordt, dus het is goed op veel plaatsen.

- Thermische uitzetting

Grafiet verandert helemaal niet van vorm als het heet wordt. Het groeit nauwelijks, slechts ongeveer 1-2 × 10-⁶/°C, en zal niet buigen of barsten bij hoge temperaturen. Het is dus geweldig voor dingen zoals computers, etc., die heel precies in elkaar moeten passen, zelfs als ze aan de bovenkant heet worden.

- Specifieke warmtecapaciteit

Er is niet veel warmte nodig om grafiet vast te houden. De specifieke warmtecapaciteit is 720 J/kg.K. Het moet met veel energie gepompt worden om heet te worden. Grafiet komt voor in dingen die warmte opslaan, zoals batterijen.

Daarom wordt grafiet gebruikt in energie- en metaalmachines. Het slaat warmte op zonder zo snel heet te worden.

Tabel over thermische eigenschappen van grafiet!

Structurele en atomaire eigenschappen van grafiet!

- Zeshoekig rooster

Koolstof in grafiet is heel klein. Ze zitten in een zeshoekige vorm. Deze zijn plat zoals papieren zeshoeken. Ze liggen 3,35 Å uit elkaar. Sterke bindingen heten sigma bindingen die de atomen bij elkaar houden. Onder een speciale microscoop kun je dit zeshoekige patroon zien. Grafiet is een elektrische geleider via zijn lagen.

Deze vorm maakt het glad. Dingen worden gemaakt van grafiet, zoals potloden en machines. Het is sterk en flexibel, maar nooit sterk en stijf. Dit zeshoekige ontwerp is belangrijk voor de eigenschappen van grafiet.

- an Der Waals Krachten

Grafiet is glad genoeg om aan te raken. Maar deze lagen kunnen glijden door zwakke krachten. Van der Waals krachten worden deze krachten genoemd. Het is zachte lijm en werkt als de lijm tussen de lagen.

De lagen liggen 3,35 Å uit elkaar. Dat betekent dat deze zwakke bindingen grafiet als smeermiddel. Als je erover wrijft, bewegen de lagen. Daarom is grafiet zo geschikt voor potloden. De zachtheid is te danken aan het belang van de van der Waals krachten.

- Gelaagde structuur

Grafiet is de stapel papier. De papiertjes zijn eigenlijk laagjes koolstofatomen. Ze liggen in platte vellen. Deze lagen blijven uit elkaar omdat er zwakke krachten zijn tussen de lagen.

Ze glijden echter langs elkaar heen. Daarom breekt grafiet niet gemakkelijk. Het kan hitte aan tot 3.000°C. Het is ook nuttig voor fabrieken, dankzij deze sterke lagen. De lagen smelten niet en buigen zelfs. De lagen zijn belangrijk voor de structuur en industrieën waar grafiet wordt gebruikt.

- Planaire koolstofplaten

Een grafiet bestaat uit dunne platte lagen. Ze worden koolstofplaten genoemd. Ze liggen maar 3,35 Å uit elkaar; je kunt ze niet zien, maar ze liggen er wel. Zo wordt grafiet sterk.

Als ze eenmaal verkoold zijn, wordt het een goede geleider van warmte en elektriciteit. Deze lagen koolstof geven grafiet flexibiliteit bij de productie en fabrieken gebruiken het. Deze lagen kunnen ook worden gebruikt voor bijvoorbeeld batterijen. Grafiet is speciaal omdat het platte vellen koolstof zijn.

- Sp² Hybridisatie

Net als grafeen bestaat grafiet uit koolstofatomen die zich in drie richtingen binden. Sp² hybride orbitalen worden deze bindingen genoemd. Het is als armen die elkaars hand vasthouden. Er is één vrij elektron per atoom.

Als een elektron beweegt, kan het helpen elektriciteit te geleiden. De lagen zijn sterk, maar glijden gemakkelijk weg door deze bindingen. Daarom wordt grafiet gebruikt voor potloden en machines. De sterkte en hoe de lagen bewegen worden beide bepaald door dit bindsysteem.

Toepassingen gebaseerd op de eigenschappen van grafiet!

- Kroezen

Grafiet is sterk. Het kan op zeer hete plaatsen worden gebruikt. Grafiet wordt gebruikt als smeltkroesmateriaal. Het kan tot 3.000°C hitte vasthouden. In deze smeltkroezen kun je goud en zilver smelten. De eigenschappen van grafiet helpen om kroezen taai te maken. Ze breken niet de eerste keer dat je ze afkoelt.

Het grafiet wordt echter in vorm geperst bij 1.000°C. De dichtheid van deze kroezen is 1,7 g/cm³. Maar ze zetten niet veel uit, bij slechts 4,9 x 10-⁶/°C. Daarom gaan ze langer mee als ze vaak worden gebruikt.

- Vuurvaste materialen

Staal wordt gemaakt van vuurvaste materialen. Deze materialen hebben grafiet in zich. Ze werken bijvoorbeeld op zeer hete plaatsen tot 2.500°C. Ze zitten in staalovens.

De eigenschappen van grafiet zorgen ervoor dat de materialen geen metaal smelten. Dat komt omdat metaal erg heet wordt. Er zit 20% grafiet in. Dat is orde van grootte, een derde van 300 w/m-K. Scheuren stoppen ook op het grafiet. Dit voorkomt dat alles openvliegt en dingen voor lange tijd verzwakken.

- Elektroden

Sterk elektroden worden gemaakt met behulp van grafiet. Met bijvoorbeeld 100.000 ampère kunnen deze elektroden zeer veel elektriciteit vasthouden. Ze werken bij 3.000°C of meer.

Grafiet heeft zogenaamde speciale lagen die elektriciteit snel laten stromen. De dichtheid is 1,55-1,60 g/cm³ in elke elektrode. Het beschermt alles tegen hitte en ook de lagen. In grote machines gebruik je grafiet om staal te maken. Het kan zelfs superheet worden en toch blijft het werken.

- Batterijen

Energie wordt opgeslagen in batterijen. Grafiet slaat energie veilig op. Het heeft kleine onderdelen, anodes genaamd, waar de batterij energie bewaart. Ze hebben een stroomcapaciteit van 372 mAh/g.

Alleen 1% (grafiet) groeit op tijdens het opladen. Het probleem met grafiet is dat het pas smelt bij 3.550°C, maar wel heel sterk is. Alleen deze kleine stukjes grafiet, 10-25 micron groot. Ze voorkomen dat de energie soepel door de accu stroomt.

- Mechanische afdichtingen

Mechanische afdichtingen stoppen lekken. Grafietafdichtingen zijn sterk en slijten niet, dus je gebruikt ze. Zelfs bij een temperatuur van 2.500°C kunnen ze hun werk doen. Het is hard, 2,2 g/cm³, een afdichting tegen chemicaliën. De afdichting is glad en gemaakt van grafiet, zodat er geen olie nodig is. Hierdoor blijft de machine heel lang draaien zonder dat de machine omvalt.

Conclusie

Grafiet is nuttig. Zelfs bij hitte blijft het sterk. De eigenschappen van grafiet zorgen ervoor dat het in machines werkt. Het zit in batterijen en andere dingen. Ontdek de informatie over grafiet! Meer informatie vind je op JINSUNCARBON nu.