Die theoretische Dichte von Graphit beträgt 2.26 g/cm³, die theoretische Dichte 2260 kg/m³.
Die Dichte von Graphit beeinflusst seine mechanische Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Eigenschaften. Ingenieure nutzen die Dichte als Schlüsselindikator, um zu bestimmen, ob Graphit für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.
Beispielsweise kann Graphit hoher Dichte als Formmaterial, Batteriematerial und Lager verwendet werden. Graphit niedriger Dichte wird als Schmiermittel für Metallwerkzeuge, Wärmedämmmaterial.
Sie werden feststellen, dass die Graphitdichte bei der Auswahl von Graphitmaterialien zur Verwendung als Elektroden, feuerfeste Materialien oder Schmiermittel eine wichtige Rolle spielt.
Inhalte
So messen Sie die theoretische Dichte von Graphit
Bevor Sie die Dichte messen können, müssen Sie die Struktur von Graphit verstehen.
Graphit hat eine geschichtete hexagonale Kristallstruktur. Jede Schicht besteht aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen, wobei zwischen den Schichten schwache Van-der-Waals-Kräfte bestehen.
Die theoretische Dichte von Graphit liegt bei etwa 2.26 g/cm3, die Sie auf folgende Weise berechnen können:
Direkte Messung:
Berechnen Sie die Dichte durch direkte Messung von Masse und Volumen.
Sie können die Masse einer Graphitprobe mit einer Präzisions-Schalenwaage messen.
Volumen: Bei Graphitproben mit regelmäßigen geometrischen Formen können Sie es direkt berechnen. Bei unregelmäßigen Formen können Sie es durch Verschiebung messen.
Indirekte Messung:
Methode der gasspezifischen Dichte
Messen Sie das Volumen einer Graphitprobe durch Gasverdrängung (z. B. Helium).
Die konkreten Schritte sind wie folgt:
- Legen Sie die Graphitprobe in eine Kammer mit bekanntem Volumen.
- Leiten Sie ein Inertgas (Helium) durch und messen Sie die Druckänderung.
- Verwenden Sie das Boylesche Gesetz, um das Volumen der Probe zu berechnen.
- Kombinieren Sie mit Masse, um die Dichte zu ermitteln
Mithilfe der XRD können Sie auch die Gitterparameter von Graphit bestimmen und dann die theoretische Dichte berechnen.
Dichte verschiedener Graphitprodukte
Die gängigsten Graphitarten sind die folgenden.
Natürlicher Flockengraphit
Flockengraphit kommt in metamorphen Gesteinen vor; er kommt in lamellenförmiger oder schuppiger Form in Kalkstein, Gneisen und Schiefern vor.
Synthetischer Graphit
Synthetischer Graphit, auch als Kunstgraphit bekannt, wird üblicherweise aus Steinkohlenteerpech oder Erdöl durch Wärmebehandlung hergestellt. Synthetischer Graphit weist üblicherweise einen höheren Widerstand und eine höhere Porosität sowie eine geringere Dichte zwischen etwa 1.6 und 1.9 g/cm auf.3.
Graphit isostatisch pressen
Isostatisch hergestellter Graphit hat eine Dichte von etwa 1.7 bis 1.9 und ist ein feinkörniger Graphit mit feinen Zuschlagstoffen. Er weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine extrem hohe Hitzebeständigkeit auf und wird in der Photovoltaik, Halbleiterindustrie, im Gießereiwesen usw. eingesetzt.
Extrudierter Graphit
Extrudierter Graphit hat im Allgemeinen eine Dichte von 1.55 bis 1.72 g/cm3, mit gröberer Korngröße und geringerer Festigkeit. Es hat jedoch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit und wird häufig in Lösungsprozessen, Gussformen usw. verwendet.
Die folgende Tabelle zeigt die Dichte verschiedener Arten von Graphitprodukten.
| Graphitarten | Dichte (g / cm³) |
|---|---|
| Naturgraphit | 2.2 |
| Synthetischer Graphit | 1.6 bis 1.9 |
| Isostatischer Graphit | 1.7 bis 1.9 |
| Extrudierter Graphit | 1.55 bis 1.72 |
| Graphitpulver (feinkörnig) | 1.83 |
| Graphitpulver (mittelkörnig) | 1.72 bis 1.90 |
| Graphitpulver (grobkörnig) | 1.5 bis 1.8 |
| Graphitplatte | 0.85 |
| Expandierter Graphit | 2.2 |
Hauptfaktoren, die die Graphitdichte beeinflussen
Die Dichte von Graphit, einer kristallinen Form von Kohlenstoff, wird von Faktoren beeinflusst, die mit seiner Atomstruktur, Zusammensetzung und den äußeren Bedingungen zusammenhängen.
Im Folgenden sind einige der Hauptfaktoren aufgeführt, die die Graphitdichte beeinflussen.
Zwischenschichtabstand
Graphit besteht aus gestapelten hexagonalen Kohlenstoffschichten, die durch schwache Van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten werden. Geringere Abstände zwischen den Schichten verringern das Volumen und erhöhen die Dichte (wie bei verdichtetem Graphit). Größere Abstände (z. B. bei expandiertem Graphit) verringern die Dichte.
Kristallinität
Hochkristalliner Graphit (geordnete Struktur) weist weniger Defekte und Hohlräume auf, was zu einer höheren Dichte führt. Amorpher Graphit (ungeordnet) weist aufgrund unregelmäßiger Packung eine geringere Dichte auf.
Purity
Einige Verunreinigungen (z. B. Diamant oder amorpher Kohlenstoff) verändern die Dichte. Diamantverunreinigungen erhöhen die Dichte, während amorpher Kohlenstoff sie verringert.
Durch das Einfügen von Molekülen oder Ionen zwischen den Schichten wird Masse hinzugefügt, was möglicherweise zu einer höheren Dichte führt.
Partikelgröße und -form
Graphitpulver mit einer gleichmäßigen Partikelgrößenverteilung lassen sich effizienter packen als unregelmäßige oder stark variierende Partikel, was zu einer höheren Gesamtdichte führt.
Herstellungsprozess
Die Dichte des Kompaktgraphits nimmt zu. Die hohen Temperaturen des Sinterprozess Reduzieren Sie auch die Porosität von Graphit.
Durch Glühen bei hohen Temperaturen kann die Kristallinität verbessert und die Dichte erhöht werden, während durch Mahlen Defekte entstehen und die Dichte verringert werden kann.
Vergleich der Dichte von Diamant und Graphit
Die Kristallstruktur von Diamant ist tetraedrisch (3D-Netzwerk).
Jedes Kohlenstoffatom bildet vier starke kovalente Bindungen mit benachbarten Atomen und bildet so ein starres und dicht gepacktes Gitter. Die dreidimensionale Tetraederstruktur des Diamanten ermöglicht es den Atomen, den Raum effizient auszufüllen und so Hohlräume zu minimieren.
Während die Kristallstruktur von Graphit hexagonal geschichtet ist (2D-Schicht).
Jedes Kohlenstoffatom bildet drei starke kovalente Bindungen auf einer Ebene (und bildet so einen hexagonalen Ring). Die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Schichten sind schwach. Aufgrund der schwachen Zwischenschichtkräfte liegen die Graphitschichten weiter auseinander, sodass das Volumen bei gleicher Masse zunimmt.
Dichteunterschiede führen zu Abweichungen in den physikalischen Eigenschaften von Graphit und Diamant.
Graphit ist aufgrund seiner geringen Dichte und Schichtstruktur gleitfähig und leitfähig und wird in Bleistiften, Schmiermitteln und Batterieelektroden verwendet. Diamant hingegen ist aufgrund seiner hohen Dichte hart und leitet Wärme gut. Dadurch eignet er sich ideal für Schneidwerkzeuge oder Schleifmittel.
FAQ
1. Was ist hochdichter Graphit?
Hochdichter Graphit ist ein Werkstoff mit hoher Festigkeit und feiner Mikrostruktur, mit einer Schüttdichte von 1.8 g/cm³.
Aufgrund seiner Fähigkeit, extrem hohen Temperaturen standzuhalten, sowie seiner hohen Festigkeit und Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit verfügt hochdichter Graphit über ein breites Anwendungsspektrum, beispielsweise in Anoden von Lithium-Ionen-Batterien, Metallgussformen, Wärmetauschern, Lagern und Buchsen in Hochtemperatur- oder Reibungsanwendungen.