Grafit VS Karbon Elyaf: Kapsamlı Bir Karşılaştırma

Malzeme bilimi alanında, grafit ve karbon elyaf mükemmel özelliklere sahiptir ve havacılıktan günlük yaşama kadar birçok alanda önemli bir rol oynamaktadır. Özelliklerinin, uygulamalarının ve pazar dinamiklerinin derinlemesine anlaşılması, malzeme biliminin gelişimini desteklemek için büyük önem taşımaktadır.

Grafit ve karbon elyafa temel bakış

Grafit

SYAPI

Tipik katmanlı bir kristal yapıya sahiptir. Her bir katmanı karbon atomları arasındaki kovalent bağlarla birbirine bağlanarak altıgen düzlemsel bir ağ yapısı oluşturur. Bu, katmandaki karbon atomları arasındaki bağlanma kuvvetini güçlü kılar. Katmanlar birbirleriyle daha zayıf van der Waals kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girer. Bu benzersiz yapı, iyi kayganlık gibi birçok özel özellik kazandırır. Katmanlar arasındaki van der Waals kuvveti zayıf olduğundan, katmanların birbirine göre kayması kolaydır. Aynı zamanda, belirli bir elektrik iletkenliğine de sahiptir ve elektronlar katman içinde nispeten serbestçe hareket edebilir.

Üretim süreci

Üretim süreci genellikle daha karmaşıktır. Hammadde olarak genellikle petrol kok kömürü ve asfalt kok kömürü kullanılır. İlk olarak, safsızlıkları gidermek için bu hammaddeleri ön işleme tabi tutmanız gerekir. Daha sonra, başlangıçta grafitleştirmek için yüksek sıcaklıklarda kalsine edilir. Ardından, istenen şekli vermek için öğütme, şekillendirme ve diğer işlemlerden sonra. Son olarak, grafitin saflığını ve kristalliğini daha da iyileştirmek için yüksek sıcaklıkta grafitleştirme işleminin gerçekleştirilmesi de gereklidir. Genellikle bu yüksek sıcaklık işlemi, aşağıdakileri elde etmek için 2500 ℃ -3000 ℃'ye ulaşabilir grafi̇t malzemeler mükemmel performans ile.

Karbon Fiber

SYAPI

Karbon içeriği 90%'den fazla olan yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü bir elyaftır. Mikroyapı perspektifinden bakıldığında, karbon fiberin karbon atomu düzenlemesi belirli bir yönelime sahiptir. Bu, yüksek mukavemet ve modüle sahip olmasını sağlayan benzer bir kaotik grafit yapısı gösterir. Karbon fiberdeki karbon atomları, kararlı bir yapısal çerçeve oluşturmak için esas olarak kovalent bağlarla bağlanır.

Üretim süreci

Bu genellikle poliakrilonitril (PAN) elyafı, asfalt elyafı veya viskon elyafına dayanır. Almak PAN bazlı karbon elyaf Örnek olarak, üretim süreci öncü filamentin polimerizasyonu ve eğirilmesi ile başlar. PAN monomeri bir polimer halinde polimerize edilir ve elyaf eğirme işlemi ile yapılır. Ardından ön oksidasyon işlemini gerçekleştirin ve PAN elyafı havada 200 ℃ - 300 ℃'de oksitleyin ve çapraz bağlayın. Sonraki karbonizasyona hazırlanmak için ısıya dayanıklı trapezoidal bir yapı oluşturmak. Daha sonra karbonizasyon işlemi, 1000 ℃ -1500 ℃ inert gaz koruması altında, elyaftaki karbon olmayan atomları uzaklaştırır. Böylece karbon içeriği 90%'den daha fazlasına ulaşır. Son olarak, ihtiyaçlara göre grafitleştirme gerçekleştirin. Ve performansını artırmak için 2000 ℃ üzerindeki yüksek sıcaklıklarda karbon fiberin kristalliğini ve modülünü daha da iyileştirin.

Grafit ve karbon elyafın özelliklerinin karşılaştırılması

Mekanik özellikler

Güç

Karbon fiberin gücü son derece yüksektir, yüksek performanslı karbon fiberin gerilme mukavemeti 3500MPa'yı aşar ve özel karbon fiber 7000MPa'yı bile aşar. Genellikle havacılıkta ve yüksek gerilme kuvvetleri taşıyan diğer yapısal parçalarda kullanabilirsiniz. Katmanlar arasındaki zayıf van der Waals kuvveti nedeniyle grafitin kayması kolaydır. Ve sıradan grafitin gerilme mukavemeti sadece düzinelerce MPa'dır, bu da karbon fiberinkinden daha düşüktür.

Modül

Karbon fiberin modülü yüksektir, genellikle 230-480GPa'da, 600GPa'nın üzerinde yüksek modül. Kuvvet deformasyonu küçüktür, şekil kararlılığı iyidir. Grafit modülü genellikle birkaç GPa ila onlarca GPa'dır ve deformasyona karşı direnç karbon fiberinkinden çok daha kötüdür. Yüksek deformasyon gereksinimleri olan senaryolarda uygulanması zordur.

Fiziksel özellikler

Yoğunluk

Karbon fiberin yoğunluğu 1.7-2.0g /cm³'tür. Havacılık ve otomotiv hafifliği alanında belirgin avantajları olan hafif bir malzemedir. Grafitin yoğunluğu 2.09-2.23 g/cm³ olup karbon fiberden biraz daha yüksektir. Ve uygulaması, katı ağırlık kısıtlamaları olan senaryolarda sınırlıdır.

Elektriksel iletkenlik

Grafit iletkenliği⁴ – 10⁵ S/m, elektronik alanda yaygın olarak pil elektrodu, fırça vb. olarak kullanılır. Karbon fiberin nispeten düşük elektrik iletkenliği 10² -10⁴ S/m. Ancak özel ihtiyaçları karşılamak için özel işlemlerle iyileştirebilirsiniz.

Termal iletkenlik

Grafit iyi bir termal iletkenliğe ve anizotropiye sahiptir ve paralel katman termal iletkenliği yüzlerce W/(m-K) değerine ulaşır. Genellikle elektronik ekipman ısı alıcılarında kullanabilirsiniz. Karbon fiberin ısı iletimi de anizotropiktir. Fiber ekseni boyunca termal iletkenlik 100-800W / (m-K) ve dikey yön sadece 5-20W / (m-K)'dir.

Kimyasal özellikler

Korozyon direnci

Grafit iyi korozyon direncine sahiptir, çoğu asit ve alkali erozyonuna karşı koyabilir. Ve bunu kimya endüstrisinde korozyona dayanıklı boru hatları ve reaktör kaplamaları yapmak için kullanabilirsiniz. Karbon fiber genel kimyasal ortamda stabildir ve yaygın asit ve baz çözeltilerine dayanabilir. Ancak güçlü oksitleyici asitler gibi özel ortamlarda, kimyasal reaksiyonlar performansın düşmesine neden olabilir.

Oksidasyon direnci

Grafit ve karbon fiber oda sıcaklığında iyi oksidasyon direncine sahiptir. Ancak, sıcaklık arttıkça grafit 400°C'nin üzerinde oksijenle belirgin bir şekilde reaksiyona girer. Karbon elyaf ise 300°C civarında belirgin bir oksidasyon fenomenine sahiptir ve bu da yüksek sıcaklıktaki aerobik ortamlardaki uygulamalarını sınırlamaktadır. Ancak yüzey kaplama işlemi belirli bir dereceye kadar iyileştirilebilir.

Uygulama alanlarının karşılaştırılması: grafit ve karbon elyaf

Grafit uygulama alanları

Metalurji endüstrisinde, grafit pota gibi refrakter bir malzeme olarak yüksek sıcaklığa ve kimyasal erozyona dayanabilir. Döküm doğruluğunu ve yüzey kalitesini artırmak için döküm endüstrisi için grafit kalıp. Elektronik alanında, elektrot olarak kullanabilirsiniz ve ayrıca esnek ısı alıcıları üretmek için de kullanılır. İçinde NÜKLEER endüstrisinde, nükleer reaksiyonların kararlılığını sağlamak için bir moderatör görevi görür. Ayrıca, çelik üretim endüstrisinde, grafitten yapılmış elektrotlar, çelik veya metal alaşımlarını eritmek için elektrik arkları oluşturmak üzere iletken olarak kullanılır.

Karbon fiber uygulama alanıs

Havacılık ve uzay alanında, yüksek mukavemet, düşük yoğunluk özellikleri ile uçak kanatları ve diğer bileşenleri üretmek, uçuş performansını artırmak için kullanabilirsiniz. Spor malzemelerinde, kaliteyi artırmak için genellikle üst düzey bisikletler, golf sopaları vb. oluşturmak için kullanabilirsiniz. İçinde otomoti̇v endüstri̇si̇hafiflik elde etmek ve enerji tüketimini ve emisyonları azaltmak için gövde parçaları ve şanzıman milleri üretmek için kullanabilirsiniz.

Maliyet ve pazar analizi: grafit vs karbon elyaf

Maliyet bileşiminin analizi

Grafitin maliyeti hammaddeleri, enerji tüketimini ve ekipman amortismanını vb. kapsar.

Bol hammadde ve olgun süreç nedeniyle, genel maliyet düşüktür. Karbon elyaf maliyetindeki ham elyaf maliyetinin oranı büyüktür, yüksek performanslı PAN ham elyafının fiyatı yüksektir. Ve üretim süreci enerji tüketimi büyüktür, ekipman pahalıdır ve bakım maliyeti yüksektir. Bunlar yüksek üretim maliyetlerine neden olur.

Pazar durumu ve eğilimi

Grafit pazarı olgunlaşmış, yaygın olarak kullanılmaktadır ve talep istikrarlıdır. Yeni enerji ve elektronik endüstrilerinin gelişmesiyle birlikte, belirli alanlara yönelik talep artmaya devam etmektedir. Karbon elyaf pazarı son yıllarda hızlı bir büyüme göstermiş, havacılık, otomotiv hafifliği ve diğer üst düzey alanlarda talep artmıştır. Teknolojik ilerleme ve ölçek genişlemesinin maliyetleri ve pazar beklentilerini düşürmesi beklenmektedir.

Satın Alma Rehberi

Grafit satın alırken saflığını, parçacık boyutunu ve fiziksel ve kimyasal özelliklerini göz önünde bulundurduğunuzdan emin olun. Ayrıca grafit ürünlerinin uygulama gereksinimlerini karşıladığından, test raporları ve eksiksiz satış sonrası hizmetle birlikte geldiğinden emin olmak için doğru tedarikçiyi seçin.

Yüksek performanslı grafit malzemeler mi arıyorsunuz? Endüstriyel ürünlerinizin performansını ve rekabet gücünü artırmanıza daha etkili bir şekilde yardımcı olmak için tasarlanmış yüksek kaliteli grafit ürünlerimizi keşfedin. Şimdi satın al.

Sonuçlar

Grafit ve karbon elyaf yapı, performans, uygulama ve maliyet açısından önemli ölçüde farklılık gösterir ve her biri farklı alanlarda kilit rol oynar. Gelecekte, performansı optimize etmeleri ve maliyetleri düşürmeleri beklenmektedir. Ve faydaları en üst düzeye çıkarmak için pratik uygulamalardaki talebe göre bunları makul bir şekilde seçmeniz gerekir.