Руководство по механическим свойствам графита: Все, что вам нужно знать

Механические свойства графита - это различные свойства, возникающие под действием силы. Эти свойства можно четко вывести из структурной особенности графита - атомы углерода в каждом слое имеют прочную ковалентную связь, но между слоями связь слабая.

Механические свойства графита

Прочность графита на сжатие

Прочность графита на сжатие анизотропна, и прочность параллельно плоскости намного выше, чем в вертикальном направлении. Например, прочность на сжатие углеродных электродов в параллельном направлении составляет 21,6~49,0 МПа, в то время как в вертикальном направлении - только 11,7~29,4 МПа. Кроме того, прочность на сжатие пиролитического графита значительно повышается при высокой температуре до 137,3 МПа.

Прочность графита на изгиб

Прочность графита на изгиб отличается в зависимости от направления: 4,9~12,7 МПа в параллельном направлении и 5,8~15,7 МПа в вертикальном направлении. Прочность графита на изгиб увеличивается с ростом температуры, что свидетельствует о превосходных высокотемпературных механических свойствах.

Модуль упругости графита

Модуль упругости графита отражает связь между напряжением и деформацией, параллельное направление больше, чем вертикальное, комнатная температура особенно критична. При повышении температуры изменение модуля упругости очень важно для прогнозирования механических характеристик.

Коэффициент теплового расширения графита

Графит изменяется с температурой, и разница в коэффициенте теплового расширения очевидна в разных направлениях. Пиролитический графит имеет отличную структуру и хорошую стабильность размеров при высокой температуре.

Предел текучести графита

Предел текучести отражает способность графита переходить от упругой деформации к пластической, а его величина во многом зависит от направления и температуры. Предел текучести значительно повышается при высокой температуре, что соответствует высокотемпературной среде.

Твердость графита

Твердость графита анизотропна и зависит от метода испытания; она может быть определена по твердости вдавливания или твердости отскока. Пиролитический графит обладает относительно высокой твердостью и особенно подходит для применения в высокоточных устройствах. Твердость зависит от направления и способа приложения нагрузки.

Применение на основе механических свойств графита

Высокотемпературные применения

Обычно используется в деталях печей, тиглиМатериал может сохранять свою структурную целостность и противостоять деформации при экстремально высоких температурах. Кроме того, его низкий коэффициент теплового расширения эффективно снижает тепловое напряжение и демонстрирует отличную прочность при резких изменениях температуры.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Благодаря легкому весу, высокому соотношению прочности и веса, а также высокой термостойкости, он находит широкое применение в производстве ракет. форсункиВ частности, в системах тепловой защиты и конструкционных элементах. Благодаря своим высокотемпературным механическим свойствам графит может обеспечить очень хорошую стабильность в экстремальных условиях. Кроме того, его анизотропия может быть оптимизирована с помощью конструкции для удовлетворения различных требований к производительности компонентов.

Атомная промышленность

Хорошие механические свойства и химическая стабильность позволяют графиту выступать как в качестве замедлителя, так и в качестве конструкционного материала в ядерный реакторы. Графит имеет низкую площадь поперечного сечения поглощения нейтронов и высокую прочность на сжатие, что позволяет этому материалу стабильно работать в течение очень долгого времени в условиях высокой радиации и высоких температур.

Смазка и уплотнение

Графит обладает низкой твердостью, хорошими самосмазывающимися свойствами и высокой прочностью на сжатие. Он может широко использоваться в подшипникиПрокладки и уплотнения промышленного оборудования. Его низкий коэффициент трения и отличная износостойкость особенно подходят для уплотнений в условиях высокого давления, высоких температур и химической коррозии.

Влияние на механические свойства графита

Кристаллическая структура графита

Границы зерен дефектов Стоуна-Уэльса оказывают значительное влияние на прочность на разрыв и поведение при разрушении. Области, где дефекты имеют высокоплотную структуру, также могут иметь более низкую механическую прочность, поскольку локальное напряжение может быть сконцентрировано.

Метод получения графита

Поликристаллический графит, синтезированный методом CVD, обычно имеет границы зерен, что обеспечивает более низкую прочность на разрыв. Однако монокристаллические графиты обладают лучшими механическими свойствами просто потому, что в них меньше дефектов.

Размер и ориентация зерен графита

Это объясняется тем, что крупные зерна могут обеспечить более непрерывный путь для распределения напряжения, что повышает прочность. Однако более мелкие зерна приводят к увеличению хрупкости и дальнейшему снижению общей прочности из-за увеличения границ зерен.

Модификация и функционализация поверхности графита

Модификация и функционализация поверхности позволяют улучшить взаимодействие на поверхности и более однородное распределение напряжений, что снижает количество отказов из-за дефектов. Например, функционализированные поверхности могут быть более жесткими и устойчивыми к образованию трещин.

Заключение

Как неметаллический материал, структура и морфология графита обычно определяют его механические свойства. Отличные механические свойства графита также широко используются во многих промышленных областях. В будущем применение механических свойств графита будет еще более широким и глубоким благодаря постоянному прогрессу и совершенствованию науки и техники. Это даст новое направление для развития промышленности, науки и техники.