Guia de propriedades mecânicas do grafite: Tudo o que você precisa saber

As propriedades mecânicas do grafite são várias propriedades que surgem sob a ação da força. Essas propriedades podem ser claramente derivadas da particularidade estrutural do grafite - os átomos de carbono dentro de cada camada têm uma ligação covalente firme, mas entre as camadas, a ligação é fraca.

Propriedades mecânicas do grafite

Resistência à compressão do grafite

A resistência à compressão do grafite é anisotrópica, e a resistência paralela ao plano é muito maior do que na direção vertical. Por exemplo, a resistência à compressão dos eletrodos de carbono na direção paralela é de 21,6 a 49,0 MPa, enquanto na direção vertical é de apenas 11,7 a 29,4 MPa. Além disso, a resistência à compressão do grafite pirolítico é muito maior em altas temperaturas, chegando a 137,3 MPa.

Resistência à flexão do grafite

A resistência à flexão do grafite tem diferenças de direção: 4,9 a 12,7 MPa na direção paralela e 5,8 a 15,7 MPa na direção vertical. A resistência à flexão do grafite aumenta com o aumento da temperatura, indicando, portanto, excelentes propriedades mecânicas em altas temperaturas.

Módulo de elasticidade do grafite

O módulo de elasticidade do grafite reflete a relação entre a tensão e a deformação, a direção paralela é mais importante do que a direção vertical, e a temperatura ambiente é particularmente crítica. Com o aumento da temperatura, a mudança de seu módulo de elasticidade é muito importante para prever o desempenho mecânico.

Coeficiente de expansão térmica do grafite

O grafite muda com a temperatura, e a diferença do coeficiente de expansão térmica é óbvia entre as diferentes direções. Pirolítico grafite tem excelente estrutura e boa estabilidade dimensional em altas temperaturas.

Resistência ao rendimento do grafite

A resistência ao escoamento reflete a capacidade do grafite de se transformar de deformação elástica em deformação plástica, e seu tamanho é muito influenciado pela direção e pela temperatura. A resistência ao escoamento melhora muito em altas temperaturas, o que está de acordo com o ambiente de alta temperatura.

Dureza do grafite

A dureza do grafite é anisotrópica e depende do método de teste; ela pode ser determinada pela dureza de indentação ou pela dureza de rebote. O grafite pirolítico tem uma dureza relativamente alta e é especialmente adequado para aplicações de alta precisão. A dureza depende da direção e da forma como a carga é aplicada.

Aplicação baseada nas propriedades mecânicas do grafite

Aplicações de alta temperatura

Comumente utilizado em peças de fornos, cadinhosAlém disso, o material pode reter sua integridade estrutural e resistir à deformação em temperaturas extremamente altas. Além disso, seu baixo coeficiente de expansão térmica reduz efetivamente o estresse térmico e apresenta excelente durabilidade em mudanças rápidas de temperatura.

Aeroespacial e Defesa

Devido à sua leveza, alta relação resistência/peso e propriedades muito resistentes à temperatura, ele tem amplas aplicações na fabricação de foguetes bicossistemas de proteção térmica e componentes estruturais. Com suas propriedades mecânicas de alta temperatura, o grafite pode proporcionar uma estabilidade muito boa em ambientes extremos. Além disso, sua anisotropia pode ser otimizada pelo projeto para atender aos diversos requisitos de desempenho dos componentes.

Indústria nuclear

As boas propriedades mecânicas e a estabilidade química permitem que o grafite atue tanto como moderador quanto como material estrutural em nuclear reatores. O grafite tem baixa área de seção transversal de absorção de nêutrons e alta resistência à compressão, o que permite que esse material opere de forma estável por um longo período de tempo em condições de alta radiação e alta temperatura.

Lubrificação e vedação

O grafite tem baixa dureza, boas propriedades autolubrificantes e alta resistência à compressão. Ele pode ser amplamente utilizado em rolamentosO material é usado para vedações, gaxetas e selos de equipamentos industriais. Seu baixo coeficiente de atrito e sua excelente resistência ao desgaste são particularmente adequados para as necessidades de vedação em ambientes de alta pressão, alta temperatura e corrosão química.

Impacto nas propriedades mecânicas do grafite

Estrutura cristalina do grafite

Os limites dos grãos dos defeitos de Stone-Wales causam um grande impacto na resistência à tração e no comportamento da fratura. As áreas em que os defeitos têm uma estrutura de alta densidade também podem ter menor resistência mecânica, pois a tensão local pode estar concentrada.

Método de produção de grafite

O grafite policristalino sintetizado por CVD normalmente envolve limites de grãos, o que proporciona menor resistência à tração. Entretanto, os grafites monocristalinos têm melhores propriedades mecânicas simplesmente porque há menos defeitos.

Tamanho e orientação dos grãos de grafite

Isso ocorre porque os grãos maiores podem oferecer uma rota mais contínua para a distribuição da tensão, aumentando, assim, a resistência. No entanto, grãos menores levariam a um aumento da fragilidade e a uma redução adicional da resistência geral devido ao aumento dos limites dos grãos.

Modificação e funcionalização da superfície do grafite

A modificação e a funcionalização da superfície permitem a melhoria das interações na superfície e uma distribuição mais homogênea das tensões, reduzindo as falhas por defeitos. Por exemplo, as superfícies funcionalizadas podem ser mais duras e resistentes ao crescimento de rachaduras.

Conclusão

Como um material não metálico, a estrutura e a morfologia do grafite geralmente determinam suas propriedades mecânicas. As excelentes propriedades mecânicas do grafite também são amplamente utilizadas em muitos campos industriais. No futuro, a aplicação das propriedades mecânicas do grafite será ainda mais ampla e profunda com o progresso e o aprimoramento contínuos da ciência e da tecnologia. Isso proporcionará uma nova direção para o desenvolvimento do setor e da ciência e tecnologia.