Grafit Mekanik Özellikler Kılavuzu: Bilmeniz Gereken Her Şey

Grafitin mekanik özellikleri, kuvvet etkisi altında ortaya çıkan çeşitli özelliklerdir. Bu özellikler grafitin yapısal özelliğinden açıkça türetilebilir - her katmandaki karbon atomları sıkı bir kovalent bağa sahiptir, ancak katmanlar arasında bağ zayıftır.

Grafitin Mekanik Özellikleri

Grafit Basınç Dayanımı

Grafitin basınç mukavemeti anizotropiktir ve düzleme paralel mukavemet dikey yöndekinden çok daha yüksektir. Örneğin, karbon elektrotların paralel yöndeki basınç dayanımı 21.6~49.0 MPa iken, dikey yönde sadece 11.7~29.4 MPa'dır. Ayrıca, pirolitik grafitin basınç dayanımı yüksek sıcaklıkta 137,3 MPa'ya kadar büyük ölçüde artmaktadır.

Grafit Eğilme Dayanımı

Grafitin eğilme dayanımı yön bakımından farklılıklar gösterir: Paralel yönde 4.9~12.7MPa ve dikey yönde 5.8~15.7MPa. Grafitin eğilme mukavemeti sıcaklıktaki artışla birlikte artar, dolayısıyla çok mükemmel yüksek sıcaklık mekanik özelliklerine işaret eder.

Grafit Elastik Modül

Grafit elastik modülü, gerilme ve gerinim arasındaki ilişkiyi yansıtır, paralel yön dikey yönden daha fazladır, oda sıcaklığı özellikle kritiktir. Sıcaklık artışıyla birlikte, elastik modülünün değişimi mekanik performansın tahmin edilmesi için çok önemlidir.

Grafit Termal Genleşme Katsayısı

Grafit sıcaklıkla değişir ve termal genleşme katsayısının farkı farklı yönler arasında belirgindir. Pirolitik grafit mükemmel yapıya ve yüksek sıcaklıkta iyi boyut kararlılığına sahiptir.

Grafit Akma Dayanımı

Akma dayanımı grafitin elastik deformasyondan plastik deformasyona dönüşme yeteneğini yansıtır ve boyutu yön ve sıcaklıktan çok etkilenir. Akma dayanımı yüksek sıcaklıkta büyük ölçüde artar, bu da yüksek sıcaklık ortamına uygundur.

Grafitin Sertliği

Grafitin sertliği anizotropiktir ve test yöntemine bağlıdır; girinti sertliği veya geri tepme sertliği ile belirlenebilir. Pirolitik grafit nispeten yüksek bir sertliğe sahiptir ve özellikle yüksek hassasiyetli uygulamalar için uygundur. Sertlik, yükün yönüne ve nasıl uygulandığına bağlıdır.

Grafitin Mekanik Özelliklerine Dayalı Uygulama

Yüksek Sıcaklık Uygulamaları

Genellikle fırın parçalarında kullanılır, potalarve metal döküm kalıplarında kullanılan malzeme, yapısal bütünlüğünü koruyabilir ve aşırı yüksek sıcaklıklarda deformasyona direnebilir. Bunun yanı sıra, düşük termal genleşme katsayısı termal gerilimi etkili bir şekilde azaltır ve hızlı sıcaklık değişimlerinde mükemmel dayanıklılık sergiler.

Havacılık ve Savunma

Hafifliği, yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve sıcaklığa çok dayanıklı özellikleri nedeniyle roket üretiminde geniş bir uygulama alanına sahiptir. Nozullartermal koruma sistemleri ve yapısal bileşenler. Yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleriyle grafit, aşırı ortamlarda çok iyi bir stabilite sağlayabilir. Ayrıca, anizotropisi, bileşenlerin çeşitli performans gereksinimlerini karşılamak için tasarımla optimize edilebilir.

Nükleer Endüstri

İyi mekanik özellikler ve kimyasal kararlılık, grafitin hem moderatör hem de yapısal malzeme olarak hareket etmesini sağlar. NÜKLEER reaktörler. Grafitin düşük nötron soğurma kesit alanına ve yüksek basınç dayanımına sahip olması, bu malzemenin yüksek radyasyon ve yüksek sıcaklık koşullarında çok uzun süre istikrarlı bir şekilde çalışmasını sağlar.

Yağlama ve Sızdırmazlık

Grafit düşük sertliğe, iyi kendinden yağlama özelliklerine ve yüksek basınç dayanımına sahiptir. Şu alanlarda yaygın olarak kullanılabilir rulmanlarendüstriyel ekipmanların conta ve keçelerinde kullanılır. Düşük sürtünme katsayısı ve mükemmel aşınma direnci, özellikle yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve kimyasal korozyon ortamlarındaki sızdırmazlık ihtiyaçları için uygundur.

Grafitin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi

Grafit kristal yapısı

Stone-Wales kusurlarının tane sınırları, gerilme mukavemeti ve kırılma davranışı üzerinde büyük bir etkiye işaret etmektedir. Kusurların yüksek yoğunluklu bir yapıya sahip olduğu alanlar, yerel stres yoğunlaşabileceğinden daha düşük mekanik mukavemete de sahip olabilir.

Grafit üretim yöntemi

CVD ile sentezlenen polikristalin grafit tipik olarak daha düşük gerilme mukavemeti sağlayan tane sınırları içerir. Bununla birlikte, tek kristalli grafitler daha iyi mekanik özelliklere sahiptir, çünkü daha az kusur vardır.

Grafit tane boyutu ve yönelimi

Bunun nedeni, daha büyük tanelerin stres dağılımı için daha sürekli bir yol sunması ve dolayısıyla mukavemeti artırmasıdır. Bununla birlikte, daha küçük taneler kırılganlığın artmasına ve artan tane sınırları nedeniyle toplam mukavemette daha fazla azalmaya yol açacaktır.

Grafit yüzey modifikasyonu ve fonksiyonelleştirme

Yüzey modifikasyonu ve işlevselleştirme, yüzeydeki etkileşimlerin iyileştirilmesine ve gerilmelerin daha homojen bir şekilde dağılmasına olanak tanıyarak kusurlardan kaynaklanan arızaları azaltır. Örneğin, işlevselleştirilmiş yüzeyler daha sert ve çatlak büyümesine karşı dirençli olabilir.

Sonuç

Metalik olmayan bir malzeme olarak grafitin yapısı ve morfolojisi genellikle mekanik özelliklerini belirler. Grafitin mükemmel mekanik özellikleri de birçok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelecekte, grafitin mekanik özelliklerinin uygulanması, bilim ve teknolojinin sürekli ilerlemesi ve gelişmesiyle daha da kapsamlı ve derinlemesine olacaktır. Bu da endüstri ve bilim ve teknolojinin gelişimi için yeni bir yön sağlayacaktır.