گرافیت چیست؟روانکاری سطح قالب های آهنگری-استفاده از گرافیت در تولید فولاد و مواد نسوز

گرافیت یک آلوتروپ از کربن است که از لایه هایی از اتم های کربن تشکیل شده است. این لایه ها می توانند به راحتی روی یکدیگر بلغزند. و این امر آن را به یک ماده معدنی بسیار نرم تبدیل کرده است. گرافیت رنگی خاکستری تیره و درخششی فلزی دارد.

گرافیت چیست؟روانکاری سطح قالب های آهنگری-استفاده از گرافیت در تولید فولاد و مواد نسوز

گرافیت الکتریسیته را به راحتی هدایت می کند زیرا بین لایه های اتم های کربن الکترون وجود دارد. در فشارها و دماهای خیلی بالا، گرافیت به الماس تبدیل می شود. این فرآیند در واقع نحوه تولید الماس مصنوعی است.

از گرافیت به دلیل داشتن خاصیت رسانایی الکتریکی بالا، در ساخت الکترودهای کوره های قوس الکتریکی. باتری ها و صفحات خورشیدی استفاده می شود. برخی دیگر از کاربردها شامل استفاده در ساخت مداد (به همین دلیل به عنوان “مغز مداد” نیز شناخته می شود)، و روان کننده ها است. گرافیت برای اولین بار در عصر نوسنگی به عنوان رنگ استفاده شد. از زمان کشف آن در انگلستان در حدود سال 1565 میلادی، استفاده از گرافیت افزایش یافته است.

در سال 2019، کل حجم تولید گرافیت در سراسر جهان 1.1 میلیون تن تخمین زده شده است. با اینکه چین بزرگترین تولید کننده گرافیت در جهان است. ذخایر گرافیت این کشور از لحاظ مقدار دوم است. ترکیه بیشترین حجم ذخایر گرافیت در جهان را دارد. در سال 2019، ترکیه تقریباً 90 میلیون تن ذخایر گرافیت طبیعی دارد. ارزش بازار جهانی گرافیت در سال 2020 برابر 19.91 میلیارد دلار بوده است. و پیش بینی می شود این مقدار در سال 2025 به 27.03 میلیارد دلار برسد.

خواص گرافیت

  • بالاترین مقاومت طبیعی و سختی
  • ضدزنگ و مقاوم در برابر حرارت
  • روانکاری طبیعی بالا
  • مقاومت حرارت بالا تا 2500 درجه سانتی گراد
  • رسانای الکتریکی و حرارتی
  • ثبات شیمیایی
  • بازدارنده تابش (اشعه)
  • اصطکاک کم
  • مقاومت فشاری بالا

کاربردهای گرافیت طبیعی

از گرافیت طبیعی بیشتر در ساخت وسایل نسوز، باتری ها. فولادسازی، گرافیت منبسط شده، آستر ترمزها، رویه نسوز قالب های ریخته گری. و به عنوان روانکار در کارخانه ذوب استفاده می شود.

وسایل و مواد نسوز

استفاده از گرافیت به عنوان ماده ای نسوز در ساخت بوته های آهنگری برای نگهداری فلز مذاب. قبل از سال 1900 میلادی شروع شد. امروزه ساخت بوته های آهنگری یکی از کاربردهای جزئی مواد نسوز است. در اواسط دهه 1980 آجرهای کربنی-منیزیتی اهمیت پیدا کردند، و کمی بعدتر آجرهای آلومینایی – گرافیتی اهمیت پیدا کردند. امروزه ترتیب اهمیت به این صورت است: آجرهای آلومینایی-گرافیتی، آجرهای کربنی-منیزیتی، و سپس بوته های آهنگری.

باتری ها

استفاده از گرافیت در باتری ها از دهه 1980 افزایش یافته است. از گرافیت طبیعی و مصنوعی به عنوان ماده آند برای ساخت الکترودها و فناوری های اصلی باتری استفاده می شود.

افزایش تقاضای بازار باتری ها، در درجه اول باتری های نیکل – هیدرید فلز و باتری های بون لیتیم. باعث رشد تقاضا برای گرافیت در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 شد. رشد بازار دستگاه های الکترونیکی قابل حمل، مانند دستگاه پخش سی دی. و ابزارهای برقی، لپ تاپ ها، تلفن های همراه. و تبلت ها باعث افزایش تقاضای باتری شدند. همچنین پیش بینی می شود باتری های خودروهای برقی تقاضای گرافیت را افزایش دهند. به عنوان نمونه، یک باتری لیتیوم بون در یک نیسان لیف، حاوی نزدیک به 40 کیلوگرم گرافیت است.

تحقیقات بر روی گرافیت رادیواکتیو باقی مانده از رآکتورهای هسته ای قدیمی، جهت تولید سوخت در حال انجام است. باتری الماس هسته ای توانایی تأمین انرژی طولانی مدت برای وسایل الکترونیکی و اینترنت اشیا را دارد.

فولاد سازی

گرافیت طبیعی مورد استفاده در فولادسازی بیشتر به منظور افزایش درصد کربن فولاد مذاب استفاده می شود. همچنین می تواند خاصیت روانکاری برای قالب های اکسترود فولاد نیز داشته باشد. افزودنی های کربنی از گزینه هایی مانند پودر گرافیت مصنوعی. کک نفتی و سایر اشکال کربن با قیمت رقابتی روبرو هستند. از افزایش دهنده های کربن در ساخت فولاد برای بالا بردن درص کربن تا سطح مشخصی استفاده می شود. برآوردی که توسط سازمان زمین شناسی آمریکا در سال 2005 انجام شده است. نشان می دهد فولادسازان در آمریکا در سال 2005. نزدیک به 10500 تن گرافیت را به این صورت مصرف کرده اند.

آستر ترمز

از گرافیت طبیعی فلیک ریز و آمورف در آسترهای ترمز. با لنت های ترمز وسایل نقلیه سنگین (غیر خودکار) استفاده می شود. و با نیاز به جایگزینی آزبست اهمیت بیشتری پیدا کرده است. این استفاده برای مدتی مهم بوده است. اما ترکیبات آلی غیر آزبستی (NAO) شروع به کاهش سهم بازار گرافیت کرده اند. براساس برآورد سازمان زمین شناسی آمریکا. مصرف گرافیت طبیعی ایالات متحده آمریکا برای ساخت لنت های ترمز در سال 2005 برابر 6510 تن بوده است.

رویه نسوز قالب های ریخته گری و روانکار

محلول شستشوی سطح قالب مورد استفاده در ریخته گری. نوعی رنگ با پایه آب از گرافیت آمورف یا فلیک ریز است. شستشوی داخل قالب با آن و سپس اجازه دادن به آن برای خشک شدن. باعث ایجاد لایه ای نازک از گرافیت بر روی قالب می شود. این رنگ گرافیتی به جدا شدن راحت قطعه از قالب پس از انجماد مذاب کمک می کند.

روانکارهای گرافیتی موادی با کاربردهای خاص در دماهای خیلی بالا یا خیلی پایین هستند. از این روانکارها برای مثال در روانکاری سطح قالب های آهنگری و یک عامل ضد قفل شدن. به عنوان روانکار چرخ دنده ماشین آلات معدن کاری. و روانکاری قفل ها استفاده می شود. با ترکیب فلزات با گرافیت می توان آلیاژهای خود روانکار. برای مثال برای ساخت یاتاقان های ماشین آلاتی که در دماهای بالا یا پایین کار می کنند، تولید کرد.

مداد

توانایی ایجاد اثر بر روی کاغذ و سایر اشیاء باعث نامگذاری «گرافیت» شد. این نام در سال 1789 توسط آبراهام گوتلوب ورنر، کانی شناس آلمانی به آن داده شد. این نام از واژه یونانی  (γράφειν (graphein به معنای نوشتن یا کشیدن گرفته شده است.

آلتروب چیست؟

آلتروپ – چندگونی یا دگرشکل (Allotropy). بنا به تعریف اتحادیه بین المللی شیمی محض کاربردی (آیوپاک) وجود «حالت های ساختاری متفاوت برای یک عنصر» است. هر کدام از این شکل ها، دگر شکل نامیده می شوند. در واقع دگرشکل های یک عنصر از لحاظ ساختار شیمیایی نا همسانند. از همین رو ویژگی های فیزیکی متفاوتی (اعم از چگالی، انحلال پذیری و…) و همچنین ویژگی های شیمیایی متفاوتی (همچون میزان واکنش پذیری) دارند. نمونه های مشهور مواد دارای دگر شکل اکسیژن، کربن، گوگرد و آهن هستند. دگر شکلی به ساختار پیوند شیمیایی بین اتم های یک عنصر مرتبط بوده. و نباید با حالت های فیزیکی مواد اشتباه گرفته شود. مثلاً بخار آب، آب و یخ دگر شکل به شمار نمی آیند. زیرا در اثر تغییر فاصله بین مولکول های آب ایجاد می شوند. نه به سبب تغییر در پیوندهای شیمیایی درون مولکول آب.

پیشینه و واژه شناسی

این نام نخستین بار توسط یاکوب برسلیوس به کار گرفته شد. واژه «آلوتروپی»، برگرفته از واژه یونانی «آلوتروپیا» (به یونانی: άλλοτροπἱα) به معنای تغییر پذیری است. برای مثال ازن (O3) و اکسیژن (O2) دو شکل متفاوت از یک عنصرند. به موادی که چنین رابطه ای با یکدیگر دارند، دگر شکل یا آلوتروپ گویند.

پیوندهای شیمیایی

مثلاً اکسیژن و ازن: یا گرافیت و الماس. در الماس، هر اتم کربن در یک شبکه چهاروجهی به چهار اتم کربن دیگر متصل است. ولی در گرافیت، هر اتم در یک شبکه و به صورت بی قاعده ای، به سه اتم دیگر پیوند دارند.

ساختار بلوری

ساختار بلوری یا کریستالی ویژه فلزهاست. فلزهایی که دو یا چند ساختمان بلوری پایدار داشته باشند، دگر شکلی هستند. این شرایط بستگی به دما و فشار دارد. ساختارهای بلوری با استحاله می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. دگرشکل ها حجم های متفاوتی دارند و در نتیجه تنشهای متفاوتی در سطح شان پیدا می شود. مثلاً آهن دارای دو دگرشکل آلفا و گاما است که اهمیت ویژه ای دارند. منگنز، کبالت، قطع، تیتانیوم، زیرکونیم و تلوریم نیز از این دست فلزهای دگر شکل هستند.

برخی عنصرهای دارای دگر شکلی

اکسیژن

اکسیژن به دو شکل گاز اکسیژن (O2) که تنفس می کنیم و گاز ازن (O3) که سمی است، وجود دارد.

کربن

دو دگرشکل معروف کربن که از گذشته های دور شناخته شده اند. گرافیت و الماس هستند که در دسته جامدات کووالانسی قرار می گیرند. دوده یا کربن بی شکل را هم می توان آلوتروپ دیگری از کربن در نظر گرفت. فولرنها (به طور مثال C60) و نانولوله های کربنی هم دگر شکل هایی از کربن هستند که در دهه 1990 میلادی شناخته شدند. گرافین دیگر دگرشکل دو بعدی کربن است. که در آن اتم های کربن در ساختار لانه زنبوری به هم متصل شده اند.

گوگرد

گوگرد به شکل متداول یعنی (S8) دیده می شود. گرچه با حرارت دادن، مولکول های حلقوی باز می شوند و به هم متصل شده. و رشته های پلیمری گوگرد را می سازند که آلوتروپ دیگری از گوگرد است. گوگرد در ساختارهای بلوری متفاوت متبلور می شود که دگرشکل های متعددی برای این عنصر محسوب می شوند.

فسفر

فسفر سفید، فسفر قرمز و فسفر سیاه سه شکل آلوتروپی عنصر پانزدهم جدول تناوبی هستند. که در تعداد پیوند بین اتم های فسفر و تعداد اتم در ذرات سازنده با هم تفاوت دارند. فسفر سفید از مولکول های (P4) ساخته شده؛ در حالی که فسفر قرمز پلیمری از فسفر سفید است و فسفر سیاه هم ساختار لایه ای و مکعبی دارد و از مولکول های مجزا تشکیل نشده است.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
09122136675 – 02128423820-09922704358
واتس آپ: 09122136675
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : [email protected]