Довідник механічних властивостей графіту: Все, що вам потрібно знати

Механічні властивості графіту - це різні властивості, що виникли під дією сили. Ці властивості чітко випливають зі структурної особливості графіту - атоми вуглецю в кожному шарі мають міцний ковалентний зв'язок, але між шарами зв'язок слабкий.

Механічні властивості графіту

Міцність графіту на стиск

Межа міцності графіту на стиск анізотропна, і міцність паралельно площині набагато вища, ніж у вертикальному напрямку. Наприклад, межа міцності на стиск вугільних електродів у паралельному напрямку становить 21,6~49,0 МПа, тоді як у вертикальному напрямку - лише 11,7~29,4 МПа. Крім того, міцність на стиск піролітичного графіту значно підвищується при високій температурі до 137,3 МПа.

Міцність графіту на вигин

Міцність графіту на вигин має відмінності в різних напрямках: 4,9 ~ 12,7 МПа в паралельному напрямку і 5,8 ~ 15,7 МПа у вертикальному напрямку. Міцність графіту на вигин зростає з підвищенням температури, що свідчить про його відмінні високотемпературні механічні властивості.

Модуль пружності графіту

Модуль пружності графіту відображає взаємозв'язок між напруженням і деформацією, в паралельному напрямку більше, ніж у вертикальному, кімнатна температура є особливо критичною. З підвищенням температури зміна модуля пружності графіту дуже важлива для прогнозування роботи механіки.

Коефіцієнт термічного розширення графіту

Графіт змінюється з температурою, і різниця в коефіцієнті теплового розширення в різних напрямках очевидна. Піролітичний графіт має відмінну структуру і хорошу стабільність розмірів при високій температурі.

Межа текучості графіту

Межа текучості відображає здатність графіту переходити від пружної деформації до пластичної, і на її величину значною мірою впливають напрямок і температура. Границя текучості значно підвищується при високій температурі, що відповідає високотемпературному середовищу.

Твердість графіту

Твердість графіту анізотропна і залежить від методу випробування; її можна визначити за твердістю при вдавлюванні або твердістю при відскоку. Піролітичний графіт має відносно високу твердість і особливо підходить для застосувань з високою точністю. Твердість залежить від напрямку і способу прикладання навантаження.

Застосування на основі механічних властивостей графіту

Високотемпературне застосування

Зазвичай використовується в деталях печей, тигліта форм для лиття металів, матеріал може зберігати свою структурну цілісність і протистояти деформації при надзвичайно високих температурах. Крім того, його низький коефіцієнт теплового розширення ефективно знижує теплове навантаження і демонструє чудову міцність при швидких змінах температури.

Аерокосмічна та оборонна промисловість

Завдяки своїй легкій вазі, високому співвідношенню міцності до ваги і дуже термостійким властивостям, він має широке застосування у виробництві ракет. форсункиу системах термозахисту та структурних компонентах. Завдяки своїм високотемпературним механічним властивостям графіт може забезпечити дуже хорошу стабільність в екстремальних умовах. Більше того, його анізотропію можна оптимізувати за допомогою дизайну, щоб задовольнити різні вимоги до продуктивності компонентів.

Атомна промисловість

Хороші механічні властивості та хімічна стабільність дозволяють графіту діяти як в якості сповільнювача, так і в якості конструкційного матеріалу в ядерний реакторах. Графіт має низьку площу поперечного перерізу поглинання нейтронів і високу міцність на стиск, що дозволяє цьому матеріалу стабільно працювати протягом дуже тривалого періоду часу в умовах високої радіації і високих температур.

Змащення та ущільнення

Графіт має низьку твердість, хороші самозмащувальні властивості та високу міцність на стиск. Він може широко використовуватися в підшипникипрокладок і ущільнень промислового обладнання. Його низький коефіцієнт тертя і відмінна зносостійкість особливо підходять для ущільнення в умовах високого тиску, високих температур і хімічної корозії.

Вплив на механічні властивості графіту

Кристалічна структура графіту

Межі зерен дефектів типу Стоун-Уельса мають значний вплив на межу міцності на розрив і поведінку при руйнуванні. Ділянки, де дефекти мають високощільну структуру, також можуть мати нижчу механічну міцність, оскільки локальні напруження можуть бути сконцентровані.

Спосіб виробництва графіту

Полікристалічний графіт, синтезований методом хімічного осадження з газової фази, зазвичай має межі зерен, що забезпечує нижчу міцність на розрив. Однак монокристалічний графіт має кращі механічні властивості просто тому, що в ньому менше дефектів.

Розмір та орієнтація графітових зерен

Це пояснюється тим, що більші зерна можуть забезпечити більш безперервний шлях для розподілу напружень, а отже, підвищити міцність. Однак менші зерна призведуть до підвищення крихкості та подальшого зниження загальної міцності через збільшення меж зерен.

Модифікація та функціоналізація поверхні графіту

Модифікація та функціоналізація поверхні дозволяють покращити взаємодію на поверхні та більш однорідний розподіл напружень, що зменшує кількість відмов через дефекти. Наприклад, функціоналізовані поверхні можуть бути міцнішими та стійкішими до утворення тріщин.

Висновок

Як неметалевий матеріал, структура і морфологія графіту зазвичай визначають його механічні властивості. Відмінні механічні властивості графіту також широко використовуються в багатьох галузях промисловості. У майбутньому застосування механічних властивостей графіту буде ще більш широким і поглибленим з постійним прогресом і вдосконаленням науки і техніки. Це забезпечить новий напрямок розвитку промисловості та науки і техніки.