Теоретическая плотность графита составляет 2.26 г/см³, а теоретическая — 2260 кг/м³.
Плотность графита влияет на его механическую прочность, теплопроводность и электрические свойства. Инженеры используют плотность как ключевой показатель для определения того, подходит ли графит для определенного применения.
Например, графит высокой плотности может использоваться в качестве форм, материалов для аккумуляторов и подшипников. Графит низкой плотности используется в качестве смазки для металлическая оснастка, теплоизоляционный материал.
Вы можете обнаружить, что плотность графита важна при выборе графитовых материалов для использования в качестве электродов, огнеупорных материалов или смазочных материалов.
Содержание:
Как измерить теоретическую плотность графита
Прежде чем измерить плотность, необходимо понять структуру графита.
Графит имеет слоистую гексагональную кристаллическую структуру. Каждый слой состоит из атомов углерода, расположенных в сотовой решетке, со слабыми силами Ван-дер-Ваальса между слоями.
Теоретическая плотность графита близка к 2.26 г/смXNUMX.3, который можно рассчитать следующими способами:
Прямое измерение:
Рассчитайте плотность, непосредственно измерив массу и объем.
Массу образца графита можно измерить с помощью прецизионных чашечных весов.
Объем: Для образцов графита с правильной геометрической формой можно рассчитать напрямую. Для неправильных форм можно измерить путем смещения.
Косвенное измерение:
Метод удельного веса газа
Измерьте объем образца графита методом вытеснения газа (например, гелия).
Конкретные шаги заключаются в следующем:
- Поместите образец графита в камеру известного объема.
- Пропустите инертный газ (гелий) и измерьте изменение давления.
- Используйте закон Бойля для расчета объема образца.
- Объедините с массой), чтобы найти плотность
С помощью рентгеновской дифракции можно также определить параметры решетки графита, а затем рассчитать теоретическую плотность.
Плотность различных графитовых изделий
Распространенными типами графита являются следующие.
Натуральный чешуйчатый графит
Пластинчатый графит можно найти в метаморфических породах, он существует в пластинчатой или чешуйчатой форме в известняках, гнейсах и сланцах.
Синтетический графит
Синтетический графит, также известный как искусственный графит, обычно производится из каменноугольного пека или нефти путем термической обработки. Синтетический графит обычно имеет более высокое сопротивление и пористость, а также более низкую плотность между примерно 1.6 и 1.9 г/смXNUMX3.
Изостатически прессованный графит
Изостатически графит имеет плотность около 1.7-1.9 и представляет собой мелкозернистый графит с мелким заполнителем. Он обладает высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью и чрезвычайно высокой термостойкостью и используется в фотоэлектричестве, полупроводниках, литье и т. д.
Экструдированный графит
Экструдированный графит обычно имеет плотность от 1.55 до 1.72 г/смXNUMX.3, с более крупным размером зерна и меньшей прочностью. Но он имеет высокую теплопроводность и электропроводность и часто используется в обработке растворов, литейных формах и т. д.
В таблице ниже приведена плотность различных видов графитовых изделий.
| Виды графита | Плотность (г / см³) |
|---|---|
| Природный графит | 2.2 |
| Синтетический графит | 1.6 - 1.9 |
| Изостатический графит | 1.7 - 1.9 |
| Экструдированный графит | 1.55 - 1.72 |
| Графитовый порошок (мелкозернистый) | 1.83 |
| Графитовый порошок (среднезернистый) | 1.72 - 1.90 |
| Графитовый порошок (крупное зерно) | 1.5 - 1.8 |
| Графитовый лист | 0.85 |
| Расширенный графит | 2.2 |
Основные факторы, влияющие на плотность графита
Плотность графита, кристаллической формы углерода, зависит от факторов, связанных с его атомной структурой, составом и внешними условиями.
Ниже приведены некоторые основные факторы, влияющие на плотность графита.
Расстояние между слоями
Графит состоит из сложенных гексагональных слоев углерода, удерживаемых слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Меньшее расстояние между слоями уменьшает объем, увеличивая плотность (как у уплотненного графита). Большее расстояние (например, в расширенном графите) уменьшает плотность.
Кристалличность
Высококристаллический графит (упорядоченная структура) имеет меньше дефектов и пустот, что приводит к более высокой плотности. Аморфный графит (неупорядоченный) имеет более низкую плотность из-за нерегулярной упаковки.
чистота
Некоторые примеси (например, алмаз или аморфный углерод) изменяют плотность. Примеси алмаза увеличивают плотность, а аморфный углерод ее уменьшает.
Вставка молекул или ионов между слоями добавляет массу, потенциально увеличивая плотность.
Размер и форма частиц
Графитовые порошки с равномерным распределением размеров частиц упаковываются эффективнее, чем нерегулярные или сильно различающиеся по размеру частицы, что приводит к более высокой общей плотности.
Производственный процесс
Плотность уплотненного графита увеличивается. Высокие температуры процесс спекания также уменьшают пористость графита.
Высокотемпературный отжиг может улучшить кристалличность, увеличив плотность, тогда как измельчение может привести к появлению дефектов, снизив плотность.
Сравнение плотности алмаза и графита
Кристаллическая структура алмаза — тетраэдрическая (трехмерная сетка).
Каждый атом углерода образует четыре прочные ковалентные связи с соседними атомами, формируя жесткую и плотно упакованную решетку. Трехмерная тетраэдрическая структура алмаза позволяет атомам эффективно занимать пространство, минимизируя пустоты.
В то время как кристаллическая структура графита является гексагональной слоистой (2D-пластина).
Каждый атом углерода образует три сильные ковалентные связи на плоскости (образуя гексагональное кольцо), а межслоевые силы Ван-дер-Ваальса слабы. Из-за слабых межслоевых сил слои графита находятся дальше друг от друга, поэтому объем увеличивается при той же массе.
Различия в плотности приводят к различиям в физических свойствах графита и алмаза.
Низкая плотность и слоистая структура графита делают его скользким и проводящим, и он входит в состав карандашей, смазок и электродов аккумуляторов. Высокая плотность алмаза делает его твердым и хорошо проводит тепло. Это делает его идеальным для режущих инструментов или абразивов.
FAQ
1. Что такое графит высокой плотности?
Графит высокой плотности — материал с высокой прочностью и мелкой микроструктурой, с насыпной плотностью 1.8 г/см³.
Благодаря своей способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры, высокой прочности, теплопроводности и электропроводности, графит высокой плотности имеет широкий спектр применения, например, в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов, форм для литья металлов, теплообменников, подшипников и втулок в высокотемпературных или фрикционных приложениях.