Los materiales y aplicaciones más prometedores del siglo XXI

Introducción:

El grafito es un alótropo del carbono elemental. La periferia de cada átomo de carbono está conectada con otros tres átomos de carbono (múltiples hexágonos dispuestos en un panal) unidos covalentemente para formar una molécula covalente. Dado que cada átomo de carbono emite un electrón, esos electrones pueden moverse libremente, por lo que el grafito es un conductor eléctrico. El grafito es uno de los minerales más suaves y sus usos incluyen la fabricación de minas de lápiz y lubricantes. El carbono es un elemento no metálico, ubicado en el grupo IVA del segundo período de la tabla periódica.

Característica

Las propiedades químicas del carbono elemental son relativamente estables a temperatura ambiente y es insoluble en agua, ácido diluido, álcali diluido y disolventes orgánicos; reacciona y arde con oxígeno a diferentes temperaturas elevadas para generar dióxido de carbono o monóxido de carbono; entre los halógenos, solo el flúor puede reaccionar directamente con el carbono elemental; A alta temperatura, el carbono elemental es más fácil de oxidar con ácido; a alta temperatura, el carbono también puede reaccionar con muchos metales para formar carburos metálicos. El carbono es reductor y puede fundir metales a altas temperaturas. El grafito es un mineral cristalino de elementos de carbono, y su red cristalina es una estructura de capas hexagonales. La distancia entre cada capa de malla es de 340 pm y la distancia entre átomos de carbono en la misma capa de malla es de 142 pm. Pertenece al sistema de cristales hexagonales con escote en capas completo. La superficie de escisión está dominada por enlaces moleculares, que tienen una atracción más débil por las moléculas, por lo que su flotabilidad natural es muy buena. El grafito, el diamante, el carbono 60, los nanotubos de carbono, etc. son todas sustancias simples de carbono y son alótropos. Las propiedades especiales del grafito, resistencia a altas temperaturas: el punto de fusión del grafito es 3850 ± 50 ° C y el punto de ebullición es 4250 ° C. Incluso después de la combustión por arco a temperatura ultra alta, la pérdida de peso es muy pequeña y el coeficiente de expansión térmica también es muy pequeño. La fuerza del grafito aumenta al aumentar la temperatura. A 2000 ° C, la resistencia del grafito se duplica.

Refractario

En la industria del hierro y el acero, los refractarios de grafito se utilizan para revestimientos refractarios de altos hornos de arco y convertidores de oxígeno, revestimientos refractarios de cucharas, etc .; Los refractarios de grafito son principalmente materiales de fundición integral, ladrillos de carbono de magnesia y refractarios de grafito de aluminio. El grafito también se utiliza como material formador de películas para pulvimetalurgia y fundición de metales. Se agrega polvo de grafito al acero fundido para aumentar el contenido de carbono del acero, por lo que el acero con alto contenido de carbono tiene muchas propiedades excelentes.

Material conductor

En la industria eléctrica, se utiliza para fabricar electrodos, cepillos, varillas de carbón, tubos de carbón, electrodos positivos de mercurio, dispositivos de corriente positiva, arandelas de grafito, partes de teléfonos, revestimientos para tubos de imagen de televisión, etc.

Material lubricante resistente al desgaste

El grafito se utiliza a menudo como lubricante en la industria de la maquinaria. El aceite lubricante no se puede usar en condiciones de alta velocidad, alta temperatura y alta presión, mientras que los materiales de grafito resistentes al desgaste pueden funcionar a altas velocidades de deslizamiento a una temperatura de -200 a 2000 ° C sin aceite lubricante. Muchos equipos que transportan medios corrosivos utilizan ampliamente materiales de grafito para fabricar copas de pistón, sellos y cojinetes. No necesitan agregar aceite lubricante cuando están en funcionamiento. La emulsión de grafito también es un buen lubricante para muchos procesos de metal (trefilado, trefilado de tuberías).

Materiales resistentes a la corrosión

El grafito especialmente procesado, que tiene las características de resistencia a la corrosión, buena conductividad térmica y baja permeabilidad, se usa ampliamente en la producción de intercambiadores de calor, tanques de reacción, condensadores, torres de combustión, torres de absorción, enfriadores, calentadores y filtros, equipos de bombeo . Es ampliamente utilizado en la industria petroquímica, hidrometalurgia, producción a base de ácido, fibra sintética, fabricación de papel y otros sectores industriales, que pueden ahorrar una gran cantidad de materiales metálicos.

Materiales metalúrgicos de alta temperatura

Debido a que el grafito tiene un pequeño coeficiente de expansión térmica y puede soportar cambios rápidos de frío y calor, se puede utilizar como molde de vidrio. Después de utilizar el grafito, los metales ferrosos pueden obtener piezas fundidas con dimensiones precisas y una alta tasa de acabado superficial. Se puede utilizar sin procesamiento o sin un poco de procesamiento. Ahorre mucho metal. La producción de carburo cementado y otros procesos de pulvimetalurgia generalmente utilizan materiales de grafito para fabricar botes de porcelana para moldes de compresión y sinterización. Los crisoles de crecimiento de cristales de silicio monocristalino, los recipientes de refinación regionales, los accesorios de soporte, los calentadores de inducción, etc. están hechos de grafito de alta pureza. Además, el grafito también se puede utilizar para fundir al vacío placas y bases de aislamiento de grafito, tubos de hornos resistentes a altas temperaturas y otros componentes.

Industria de Defensa y Energía Atómica

El grafito tiene un buen moderador de neutrones utilizado en reactores atómicos. Los reactores de uranio-grafito son actualmente los reactores atómicos más utilizados. El material de desaceleración en el reactor nuclear utilizado como energía debe tener un alto punto de fusión, estabilidad y resistencia a la corrosión. El grafito puede cumplir completamente con los requisitos anteriores. La pureza del grafito utilizado en los reactores atómicos es muy alta y el contenido de impurezas no debe exceder las decenas de ppm. En particular, el contenido de boro debe ser inferior a 0,5 ppm. En la industria de defensa nacional, el grafito también se usa para fabricar boquillas de cohetes de combustible sólido, conos de punta de misiles, partes de equipos aeroespaciales, materiales de aislamiento térmico y materiales de protección contra la radiación.