ما هي استخدامات الجرافيت؟

الجرافيت مادة غير معدنية، لكنه يتمتع بخصائص تشبه المعادن، مثل التوصيل الحراري والكهربائي، وله مجموعة واسعة من التطبيقات.

لذلك، يتم استخدام الجرافيت على نطاق واسع في المواد المقاومة للحرارة، والبطاريات، والصب، ومواد الاحتكاك.

يوضح الجدول أدناه حصة تطبيق الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي في الصناعات المختلفة في عام 2024.

ذكية ومتخصصة	الجرافيت الطبيعي	الجرافيت الاصطناعي
بطاريات السيارات	52%	31%
الأقطاب الكهربائية	/	47%
الحراريات	24%	1%
المسبوكات	8%	1%
مواد الاحتكاك	3%	2%
زيوت التشحيم	3%	3%
إعادة الكربنة	2%	8%
أشكال الجرافيت	1%	4%

ما هو الجرافيت؟

الجرافيت هو عبارة عن كربون أسود ناعم متبلور يوجد في الصخور المتحولة مثل الرخام والشيست والنيس.

فهو مستقر للغاية، وله موصلية كهربائية وحرارية عالية، ومقاوم لدرجات الحرارة العالية.

يشمل الجرافيت الجرافيت الطبيعي والجرافيت الصناعي. يوجد الجرافيت الطبيعي بثلاثة أشكال: الرقائقي، والبلوري، وغير المتبلور، بينما يشمل الجرافيت الصناعي الجرافيت المتوازن، والجرافيت المبثوق، والجرافيت المصبوب، وغيرها.

بنية وخصائص الجرافيت

للجرافيت بنية بلورية سداسية ثنائية الأبعاد. كل طبقة من ذرات الكربون مرتبة على شكل قرص العسل، وتوجد قوى فان دير فالس ضعيفة بين الطبقات.

استخدام الجرافيت

يمكنك أن ترى أن الجرافيت يستخدم في مجموعة متنوعة من الصناعات، من عمليات التصنيع التقليدية إلى مواد الطاقة الجديدة، إلى مواد التشحيم ومواد مقاومة اللهب.

أقطاب الجرافيت

تُعدّ أقطاب الجرافيت أكبر سوق لتطبيقات الجرافيت الصناعي، نظرًا لموصليته الكهربائية الجيدة. وكما هو الحال في المواد المعدنية، يمتلك الجرافيت إلكترونات حرة غير متمركزة، قادرة على الحركة وتوصيل الكهرباء. تُستخدم أقطاب الجرافيت بشكل رئيسي في أفران القوس الكهربائي، كما تلعب دورًا رئيسيًا في أفران المغارف وعمليات الصهر الأخرى لتكرير الفولاذ.

صهر المواد

يتميز الجرافيت بمقاومة الأكسدة، والتوصيل الحراري الجيد، والخمول الكيميائي، ومعامل التمدد المنخفض. وهو مادة مهمة في صناعة المواد المقاومة للحرارة.

غالبًا ما يتم استخدام رقائق الجرافيت كطبقة غطاء للمصهور المعدني لأنها يمكنها تحمل درجات حرارة عالية تزيد عن 3000 درجة مئوية ويمكنها تبديد الحرارة.

بطارية ليثيوم

الجرافيت هو مادة الأنود المثالية لـ بطاريات الليثيوم أيون مع المزايا التالية:

• دورة حياة طويلة واستقرار

يمكن أن يظل الهيكل البلوري الطبقي للجرافيت مستقرًا أثناء إدخال أيونات الليثيوم واستخراجها بشكل متكرر، مما يجعل بطاريات الليثيوم تتمتع بأداء دورة ومتانة ممتازين.

• سعة عالية

يمكن للجرافيت تخزين أيونات الليثيوم بشكل فعال، مما يوفر كثافة عالية للطاقة ويحسن سعة تخزين الطاقة للبطاريات.

• فعاله من حيث التكلفه

بالمقارنة مع الأنودات المعدنية الأخرى، يعتبر الجرافيت الطبيعي والاصطناعي فعالاً من حيث التكلفة.

مسحوق تعدين

في خانة رمز الخصم، أدخل TABBYDAY. مسحوق المعادن في الصناعة، الجرافيت له وظيفتان رئيسيتان:

• تشحيم

يُعد الجرافيت مادة تشحيم جافة جيدة، مما يُحسّن أداء احتكاك قطع المعادن المسحوقة. من تطبيقاته الشائعة: بطانات ملبدة ذاتية التشحيمأدلة الصمامات، ومقاعد الصمامات. كما يُستخدم في تلبيد وسادات الفرامل، وألواح احتكاك القابض، والبطانات.

• عناصر السبائك

أثناء مرحلة الخلط، يتم إضافة مسحوق الجرافيت إلى مسحوق المعدن كعنصر سبائك.

أثناء عملية التلبيد، ينتشر مسحوق الجرافيت في مصفوفة الجزء الملبد، مما يحسن صلابته وقوة الشد ومتانته أثناء التعب بشكل فعال.

صناعة الصمام

يستخدم الجرافيت في الصمام الخفيفة مصارف الحرارة لتبديد الحرارة بكفاءة، مما يضمن عمرًا أطول لمصباح LED وأداءً مستقرًا.

بالمقارنة مع مشعات الحرارة التقليدية المصنوعة من الألومنيوم، توفر موزعات الحرارة القائمة على الجرافيت توصيلًا حراريًا أفضل مع كونها خفيفة الوزن.

سيارات

ستجد أيضًا مواد الجرافيت تُستخدم في صناعة السيارات. على سبيل المثال، في بطانات فرامل السيارات، وأختام الكربون، والمحامل، والغسالات، والقوابض، يُوفر الجرافيت خصائص احتكاك وتبديد حرارة جيدة.

فضاء

يفضل مهندسو الطيران الجرافيت بسبب نسبة قوته إلى وزنه العالية ومقاومته للتآكل ومقاومته لدرجات الحرارة العالية والتوصيل الحراري الجيد.

يعد تقليل الوزن أمرًا مهمًا للغاية في صناعة الطيران لأنه يمكن أن يقلل من استهلاك الوقود ويقلل التكاليف.

إن خصائص الجرافيت في التزييت الذاتي ومقاومته لدرجات الحرارة العالية التي تزيد عن 3000 درجة مئوية تجعله خيارًا رائعًا لأختام الطائرات والمحامل والصمامات.

صب

يُستخدم الجرافيت أيضًا بشكل شائع في قوالب الصب المستمر. وله المزايا التالية:

• معامل التمدد الحراري المنخفض ومقاومة درجات الحرارة العالية

أثناء الصب، يتعرض القالب لدرجات حرارة غير متساوية. معامل التمدد الحراري المنخفض للجرافيت يمنعه من التشوه أو التشقق.

• تزييت جيد

تتميز مادة الجرافيت بخصائص تزييت ذاتية جيدة تعمل على تقليل الاحتكاك بين القالب ومادة الصب، وهو أمر مفيد لإزالة قالب الصب.

• المتانة والتكلفة

تتميز قوالب الجرافيت بالمتانة الجيدة وعمر الخدمة الطويل والتكلفة المنخفضة نسبيًا.

• خمول كيميائي جيد

يمكن للجرافيت مقاومة التفاعلات الكيميائية مع المعدن المنصهر والحفاظ على سلامة القالب.

الرسم والكتابة

الجرافيت ناعم وأسود اللون، ويمكن استخدامه في صنع أقلام الرصاص الخشبية التقليدية وأقلام الرصاص الميكانيكية ذات الرؤوس القابلة للاستبدال. تعتمد صلابة قلم الرصاص على نسبة الجرافيت إلى الطين.

يمكنك الرسم والكتابة باستخدام أقلام الجرافيت، ويمكن مسحها بسهولة من الورق.

 

الأسئلة الشائعة

ما هي الكثافة النظرية للجرافيت؟

النظرية كثافة الجرافيت تبلغ كثافة الجرافيت الصناعي 2.26 جم/سم3، ولكن كثافة الجرافيت الصناعي تكون عمومًا 1.6-1.9 جم/سم3.