Labiausiai perspektyvios medžiagos ir programos XXI amžiuje

Įvadas:

Grafitas yra elementinės anglies alotropas. Kiekvieno anglies atomo periferija yra sujungta su trimis kitais anglies atomais (keliais šešiakampiais, išsidėsčiusiais koryje), kovalentiškai sujungtais, sudarant kovalentinę molekulę. Kadangi kiekvienas anglies atomas skleidžia elektroną, tie elektronai gali laisvai judėti, todėl grafitas yra elektros laidininkas. Grafitas yra vienas iš minkščiausių mineralų, jo naudojimas apima pieštukų gaubtų ir tepalų gamybą. Anglis yra nemetalinis elementas, esantis antrosios periodinės lentelės laikotarpio IVA grupėje.

Charakteristika

Cheminės elementinės anglies savybės kambario temperatūroje yra gana stabilios, ji netirpi vandenyje, praskiestoje rūgštyje, praskiestuose šarmuose ir organiniuose tirpikliuose; jis reaguoja ir degina deguonį skirtingose ​​aukštose temperatūrose, kad gautų anglies dioksidą arba anglies monoksidą; tarp halogenų tik fluoras gali tiesiogiai reaguoti su elementine anglimi; Esant aukštai temperatūrai, elementinę anglį lengviau oksiduoti rūgštimi; esant aukštai temperatūrai anglis taip pat gali reaguoti su daugeliu metalų ir sudaryti metalų karbidus. Anglis redukuoja ir gali lydyti metalus aukštoje temperatūroje. Grafitas yra kristalinis anglies elementų mineralas, o jo kristalinė gardelė yra šešiakampė daugiasluoksnė struktūra. Atstumas tarp kiekvieno tinklo sluoksnio yra 340pm, o atstumas tarp anglies atomų tame pačiame tinklo sluoksnyje yra 142pm ;. Jis priklauso šešiakampei kristalų sistemai su visišku skilimu. Skilimo paviršiuje vyrauja molekulinės jungtys, kurios silpniau traukia molekules, todėl jo natūralus plūduriavimas yra labai geras. Grafitas, deimantas, anglies 60, anglies nanovamzdeliai ir kt. Yra visos paprastos anglies medžiagos ir tai yra alotropai. Ypatingos grafito savybės, atsparumas aukštai temperatūrai: grafito lydymosi temperatūra yra 3850 ± 50 ° C, o virimo temperatūra - 4250 ° C. Net po itin aukštos temperatūros lanko deginimo svorio netekimas yra labai mažas, o šilumos plėtimosi koeficientas taip pat yra labai mažas. Grafito stiprumas didėja didėjant temperatūrai. 2000 ° C temperatūroje grafito stipris padvigubėja.

Ugniai atsparus

Geležies ir plieno pramonėje grafito ugniai atsparūs lankiniai aukštakrosnių ir deguonies keitiklių pamušalai, kaušo ugniai atsparūs pamušalai ir kt .; grafito ugniai atsparios medžiagos yra sudėtinės liejimo medžiagos, magnezijos anglies plytos ir aliuminio grafito ugniai atsparios medžiagos. Grafitas taip pat naudojamas kaip plėvelę formuojanti medžiaga miltelių metalurgijai ir metalo liejimui. Grafito milteliai dedami į išlydytą plieną, siekiant padidinti anglies kiekį pliene, kad daug anglies turintis plienas turėtų daug puikių savybių.

Laidi medžiaga

Elektros pramonėje jis naudojamas elektrodams, šepetėliams, anglies strypams, anglies vamzdeliams, teigiamo gyvsidabrio srovės įtaisų elektrodams gaminti, grafito poveržlėms, telefono dalims, televizijos vaizdo vamzdžių dangoms ir kt.

Tepimo medžiaga, atspari dilimui

Grafitas mašinų pramonėje dažnai naudojamas kaip tepalas. Tepalinės alyvos negalima naudoti esant dideliam greičiui, aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui, tuo tarpu grafito dėvėjimuisi atsparios medžiagos be tepalinės alyvos gali dirbti dideliu slydimo greičiu esant -200–2000 ° C temperatūrai. Daugelis koroziją sukeliančių terpių gabenančių įrenginių plačiai naudoja grafito medžiagas stūmoklio taurėms, sandarikliams ir guoliams gaminti. Jiems važiuojant nereikia įpilti tepalinės alyvos. Grafito emulsija taip pat yra geras tepalas daugeliui metalų apdirbimo (vielos tempimas, vamzdžių tempimas).

Atsparios korozijai medžiagos

Specialiai apdorotas grafitas, pasižymintis atsparumu korozijai, geru šilumos laidumu ir mažu pralaidumu, yra plačiai naudojamas šilumokaičių, reakcijos talpyklų, kondensatorių, degimo bokštų, absorbcinių bokštų, aušintuvų, šildytuvų ir filtrų gamyboje, siurblių įranga . Jis plačiai naudojamas naftos chemijos pramonėje, hidrometalurgijoje, rūgščių ir šarmų gamyboje, sintetinio pluošto, popieriaus gamybos ir kituose pramonės sektoriuose, kurie gali sutaupyti daug metalinių medžiagų.

Aukštos temperatūros metalurgijos medžiagos

Kadangi grafitas turi mažą šiluminio plėtimosi koeficientą ir gali atlaikyti greitus šalčius ir greitus šilumos pokyčius, jis gali būti naudojamas kaip stiklo liejimo forma. Panaudojus grafitą, juodieji metalai gali gauti tikslių matmenų ir didelio paviršiaus apdailos greičio liejinius. Jis gali būti naudojamas be apdorojimo ar šiek tiek apdorojimo. Sutaupykite daug metalo. Gaminant cementuotą karbidą ir kitus miltelinius metalurgijos procesus, iš grafito medžiagų gaminamos porceliano valtys suspaudimo formoms ir sukepimui. Vienkristaliai silicio kristalų tigliai, regioniniai rafinavimo indai, atraminiai įtaisai, indukciniai šildytuvai ir kt. Yra pagaminti iš labai gryno grafito. Be to, grafitas taip pat gali būti naudojamas vakuuminio lydymo grafito izoliacinėms plokštėms ir pagrindams, aukštos temperatūros krosnies vamzdžiams ir kitiems komponentams.

Atominė energetika ir gynybos pramonė

Grafitas turi gerą neutronų moderatorių, naudojamą atominiuose reaktoriuose. Šiuo metu urano-grafito reaktoriai yra plačiausiai naudojami atominiai reaktoriai. Lėtinimo medžiaga branduoliniame reaktoriuje, naudojama kaip galia, turėtų turėti aukštą lydymosi temperatūrą, stabilumą ir atsparumą korozijai. Grafitas gali visiškai patenkinti pirmiau nurodytus reikalavimus. Atominiuose reaktoriuose naudojamo grafito grynumas yra labai didelis, o priemaišų kiekis neturi viršyti dešimčių ppm. Ypač boro kiekis turėtų būti mažesnis nei 0,5 ppm. Krašto apsaugos pramonėje grafitas taip pat naudojamas kietojo kuro raketų purkštukams, raketų nosies kūgiams, aviacijos ir kosmoso įrangos dalims, šilumos izoliacinėms medžiagoms ir radiacinės saugos medžiagoms gaminti.