Свойства графита: плотность, марки

Свойства графита
Свойства графита
21 Мар 2017

Свойства графита

Графит – материал, которым пользовались для создания рисунков и надписей еще 4000 лет назад. Его название происходит от древнегреческого слова «графос» – «писать».

Месторождения графита расположены там, где залежи каменного угля или битумов подверглись действию высоких температур (при выходе лавы на поверхность). Кристаллическая решетка минерала состоит из атомов углерода. Но связи между слоями слабые, поэтому при соприкосновении материала с любой поверхностью остается темно-серый след из микроскопических чешуек.

Добыча натурального минерала достаточно затратна: на некоторых месторождениях в породе содержится 6–10% графита. Современные технологии позволяют синтезировать материал, по многим параметрам превосходящий натуральный.

Свойства графита

Низкая твердость минерала объясняется слабыми связями между атомными слоями: ему присвоен всего 1 балл по шкале Мооса (твердость алмаза, другой аллотропной формы углерода, оценена в 10 баллов).

Полезные свойства графита, используемые в промышленности:

  1. Электропроводность. От большинства металлов минерал отличается тем, что при повышении температуры его электропроводность возрастает. По этому показателю он в 2,5 раза превосходит ртуть.
  2. Теплопроводность минерала составляет 3,55 Вт*град/см, коэффициент теплопроводности – 0,041. Материал проводит тепло лучше меди.
  3. Инертность. Большинство агрессивных кислот, щелочей и солей не растворяют графит. Материал интенсивно окисляется на воздухе при температуре выше 750 K.
  4. Термостойкость. Минерал способен выдерживать значительные колебания температуры. Он не плавится, но при температуре 3900 K и давлении 0,9–1 атм переходит из твердого состояния в газообразное (сублимирует).
  5. Механическая прочность материала увеличивается при повышении температуры до 2700 K, затем начинает понижаться.

Из-за того, что связи между атомами в слое гораздо прочнее, чем между слоями, некоторые свойства графита (электропроводность, теплопроводность) носят анизотропный характер: в направлении, перпендикулярном атомным слоям, сопротивление в несколько раз выше, а теплопроводность ниже, чем в параллельном.

Производство искусственного графита

Искусственный графит отличается от натурального тем, что при синтезе можно получить материал с заранее заданными параметрами. Кроме того, его изготавливают из отходов производства: каменноугольного пека и нефтяного кокса.

Смесь мелких фракций формуют (пропорции зависят от марки графита), полученные заготовки обжигают при температуре 800–1200°C. Процесс обжига и последующего охлаждения занимает 3–5 недель. Чтобы увеличить плотность графита, заготовки дополнительно пропитывают пеком. Последний этап – графитация: термическая обработка заготовок в специальной печи при температуре 2400–3000°C. При графитации формируется кристаллическая решетка материала. Такой графит обладает максимальной электропроводностью и теплопроводностью.

Анизотропность свойств присуща искусственному графиту полученному методом экструзии. Более новая технология: изостатическое прессование, – позволяет изготовить материал с изотропными свойствами и низким коэффициентом трения. Если плотность графита, синтезированного по методу экструзии, составляет 2,0–2,23 г/см³, то аналогичный показатель для изостатического рекристаллизованного графита может, в зависимости от марки, варьироваться от 1,85 до 5 г/см³. Из такого материала производят крупногабаритные заготовки (длиной свыше 1000 мм, диаметром более 500 мм) для изготовления литейных форм и деталей, обладающих антифрикционными свойствами.

Марки графита

Существует возможность синтеза материала с разной величиной зерна:

  • 500–3000 мкм – крупнозернистый графит, марка ЭГ, ГЭ;
  • 150–500 мкм – среднезернистый, марки ППГ, ВПГ, В-1;
  • 30–50 мкм – мелкозернистый, марки МПГ, МГ, АРВ;
  • 30–150 мкм – мелкозернистый изотропный, марка МИГ-1;
  • 1–30 мкм – тонкозернистый, марка МИГ-2 и изостатические графиты.

Искусственный графит широко применяется во всех отраслях промышленности. К примеру, из крупнозернистого материала делают электроды. Мелкозернистый конструкционный графит марок АРВ, МГ используют при изготовлении фасонных изделий сложной формы. Применение искусственного графита позволяет достичь высочайшей точности при изготовлении различных деталей и производить технику, соответствующую стандартам XXI века.



Возврат к списку


Заказать Справочник материалов