Графит — неметаллический материал, но он обладает свойствами металла, такими как тепло- и электропроводность, и имеет широкий спектр применения.
Поэтому графит широко используется в огнеупорах, аккумуляторах, литье и фрикционных материалах.
В таблице ниже показана доля применения природного и искусственного графита в различных отраслях промышленности в 2024 году.
| Приложения | Природный графит | Синтетический графит |
|---|---|---|
| Аккумулятор | 52%. | 31%. |
| Электроды | / | 47%. |
| Огнеупоры | 24%. | 1% |
| литье | 8% | 1% |
| Фрикционные материалы | 3% | 2% |
| смазочные материалы | 3% | 3% |
| Рекарбюризирование | 2% | 8% |
| Графитовые формы | 1% | 4% |
Содержание:
Что такое графит?
Графит — мягкий, черный кристаллический углерод, содержащийся в метаморфических породах, таких как мрамор, сланец и гнейс.
Он очень стабилен, обладает высокой электро- и теплопроводностью, устойчив к высоким температурам.
Графит включает в себя природный графит и синтетический графит. Природный графит существует в трех формах: чешуйчатая, кристаллическая и аморфная, а синтетический графит включает в себя изостатический графит, экструдированный графит, формованный графит и т. д.
Структура и свойства графита
Графит имеет двумерную слоистую гексагональную кристаллическую структуру. Каждый слой атомов углерода организован в форме сот, а между слоями действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса.
Использование графита
Графит используется в различных отраслях промышленности: от традиционных производственных процессов до новых энергетических материалов, смазочных материалов и огнестойких материалов.
Графитовые электроды
Самый большой рынок применения синтетического графита — графитовые электроды из-за его хорошей электропроводности. Как и металлические материалы, графит имеет делокализованные свободные электроны, которые могут свободно перемещаться и проводить электричество. Графитовые электроды в основном используются в электродуговых печах, а также играют ключевую роль в ковшовых печах и других процессах плавки для очистки стали.
Огнеупорные материалы
Графит обладает преимуществами стойкости к окислению, хорошей теплопроводностью, химической инертностью и низким коэффициентом расширения. Он является важным материалом в огнеупорной промышленности.
Чешуйчатый графит часто используется в качестве покровного слоя для металлических расплавов, поскольку он выдерживает высокие температуры более 3000 ℃ и способен рассеивать тепло.
Батареи Li
Графит является идеальным анодным материалом для литий-ионные аккумуляторы со следующими преимуществами:
- Длительный срок службы и стабильность
Слоистая кристаллическая структура графита может оставаться стабильной при многократном добавлении и извлечении ионов лития, что обеспечивает литиевым аккумуляторам превосходную циклическую производительность и долговечность.
- Высокая производительность
Графит может эффективно хранить ионы лития, обеспечивая высокую плотность энергии и улучшая энергоемкость аккумуляторов.
- Экономичное
По сравнению с другими металлическими анодами природный и синтетический графит экономически эффективен.
Порошковая металлургия
В порошковая металлургия В промышленности графит выполняет две основные функции:
- Смазка
Графит является хорошей сухой смазкой, которая полезна для улучшения характеристик трения деталей из порошкового металла. Типичные области применения: самосмазывающиеся спеченные втулки, направляющие клапанов, седла клапанов. Также используется для спекания тормозных колодок, фрикционных дисков сцепления, накладок.
- Легирующие элементы
На этапе смешивания к металлическому порошку добавляется графитовый порошок в качестве легирующего элемента.
В процессе спекания графитовый порошок диффундирует в матрицу спеченной детали, эффективно повышая ее твердость, прочность на разрыв и усталостную прочность.
Светодиодная промышленность
Графит используется в Светодиодные радиаторы для эффективного рассеивания тепла, обеспечивая более длительный срок службы светодиодов и стабильную работу.
По сравнению с традиционными алюминиевыми радиаторами, теплораспределители на основе графита обеспечивают лучшую теплопроводность и при этом имеют небольшой вес.
Автомобильная
Вы также увидите графитовые материалы, используемые в автомобильной промышленности. Например, в автомобильных тормозных накладках, углеродных уплотнениях, подшипниках, шайбах и сцеплениях графит может обеспечить хорошие свойства трения и рассеивания тепла.
Аэрокосмическая индустрия
Графит пользуется популярностью у инженеров аэрокосмической отрасли из-за его высокой прочности при небольшом весе, коррозионной стойкости, высокой термостойкости и хорошей теплопроводности.
Снижение веса очень важно для аэрокосмической отрасли, поскольку оно позволяет сократить расход топлива и сократить расходы.
Самосмазывающиеся свойства графита и его высокая термостойкость (более 3000 ℃) делают его отличным выбором для уплотнений, подшипников и клапанов в аэрокосмической отрасли.
Кастинг
Графит также широко используется в кристаллизаторах непрерывного литья. Он имеет следующие преимущества:
- Низкий коэффициент теплового расширения и высокая термостойкость
Во время литья форма подвергается воздействию очень неравномерных температур. Низкий коэффициент термического расширения графита предотвращает его деформацию или растрескивание.
- Хорошая смазывающая способность
Хорошие самосмазывающиеся свойства графита снижают трение между формой и отливочным материалом, что благоприятно сказывается на извлечении отливок из формы.
- Долговечность и стоимость
Графитовые формы обладают хорошей прочностью, длительным сроком службы и сравнительно низкой стоимостью.
- Хорошая химическая инертность
Графит может противостоять химическим реакциям с расплавленным металлом и сохранять целостность формы.
Живопись и письмо
Графит мягкий и черного цвета, его можно использовать для изготовления как традиционных деревянных карандашей, так и механических карандашей со сменными стержнями. «Твердость» карандаша зависит от соотношения графита и глины.
Графитовыми карандашами можно рисовать и писать, и их легко стирать с бумаги.
FAQ
Какова теоретическая плотность графита?
Теоретическая плотность графита составляет 2.26 г/см3, но плотность синтетического графита обычно составляет 1.6-1.9 г/см3.