Цвет преимущественно железно-черный с тенденцией к серо-стальному. Имеет сильный металлический блеск; скрытокристаллические агрегаты не блестящие, матовые. Показатель преломления графита составляет Nm==l,93-2,07. Он жирный на ощупь, оставляет след на бумаге и пальцах. Удельный вес графита составляет 2,09-2,23 (изменяется в зависимости от степени дисперсности и наличия мельчайших пор), у шунгита – 1,84-1,98. Он обладает высокой электропроводностью, что обусловлено очень плотным расположением атомов в листах.
Графит – свойства, виды, состав и применение
Применение, описание и свойства графита. Виды природного и искусственного графита – химическая структура, механические и физические свойства.
Графит (от греч. γράφω – пишу) – природный материал, относящийся к классу природных элементов, являющийся аллотропной модификацией углерода. Он имеет многослойную структуру. Каждый слой графитовой сетки может быть расположен по-разному по отношению друг к другу, образуя полиэфиры. Графит используется в промышленности и производстве. Графитовые изделия отличаются высокими эксплуатационными характеристиками. Графит устойчив к химическим и экологическим воздействиям, достаточно прочен, хорошо проводит электричество, имеет низкую твердость, относительно мягок и затвердевает при воздействии высоких температур. Его плотность составляет 2,23 г/см3 . Графит имеет металлический блеск и темно-серый цвет. Теплопроводность этого минерала довольно высока, поэтому его используют в производстве электрических компонентов.
Пиролитический графит – это особая форма элемента графита. Этот сорт широко используется в микроскопических исследованиях. Он используется в качестве калибровочного материала. Наиболее часто он используется в сканирующей туннельной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Этот тип графита классифицируется как синтетический. Его можно получить путем нагревания кокса и смолы.
Физические свойства графита
Одним из основных свойств графита является его способность проводить электричество. Его физические свойства отличаются от свойств алмаза, поскольку он не обладает такой же твердостью. Его структура изначально довольно мягкая. Однако при нагревании он становится твердым и хрупким. Материал начинает распадаться.
Физические свойства графита следующие:
- Он нерастворим в кислоте.
- Плавление графита при температуре ниже 3800 градусов Цельсия невозможно.
- При нагревании он становится твердым и хрупким.
Это далеко не все свойства графита. Есть еще несколько свойств, которые делают графит уникальным.
Графит обладает следующими свойствами:
- Температура плавления графита составляет 3 890 градусов Цельсия,
- Цвет графита – темно-серый с металлическим отливом,
- теплоемкость графита составляет 0,720 кДж
- Удельное сопротивление графита составляет 800 000 – 10 – 8 (Ом – метр).
Предупреждение: Единственным параметром среди всех свойств графита, который зависит от типа элемента, является теплопроводность графита. Она колеблется от 278,4 до 2435 Вт/(м*К).
Таблица. Физические свойства графита.
| Характеристики | Направление потока | Температура, °C | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 200 | 400 | 600 | 800 | ||
| Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м°C) графита: | ||||||
| – кристаллический | || | 354,7 | 308,2 | |||
| – естественный | _|_ | 195,4 | 144,2 | 112,8 | 91,9 | 75,6 |
| – прессованный | || | 157 | 118,6 | 93,0 | 69,8 | 63,9 |
| – искусственный с р=1,76 г/см 3 | _|_ | 104,7 | 81,4 | 69,8 | 58,2 | |
| – то же самое при p=1,55 г/см 3 | || | 130,3 | 102,3 | 79,1 | 63,9 | 53,5 |
| Прочность на разрыв σПК, МН/м 2 | || | 14,2 | 15,2 | 15,9 | 16,5 | 17,6 |
| _|_ | 10,3 | 11,3 | 12,0 | 12,5 | 13,7 | |
| Модуль упругости E, МН/м 2 | || | 5880 | 7100 | 7350 | 7500 | 7840 |
| _|_ | 2700 | 3040 | 3200 | 3630 | 3920 | |
| Удельная теплоемкость c, кДж/(кг 0 C) | 0,71 | 1,17 | 1,47 | 1,68 | 1,88 | |
| Электрическое сопротивление pэ104, Ом | 16 | 13 | 11 | 10 | 9 | |
| Коэффициент линейного расширения α-10 6 , 1/°C | || | 7,2* 1 | 8,5* 2 | 10,0* 3 | 13,0* 4 | |
| _|_ | 4,0* 1 | 5,5* 2 | 6,8* 3 | 9,3* 4 | ||
| || | 1,8* 1 | 1,55* 2 | 1,45* 3 | 1,40* 4 | ||
Графит – это минерал, который используется во многих различных областях промышленности.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО ГРАФИТА
Этот минерал имеет широчайший спектр применения и незаменим во многих промышленных отраслях.
ГДЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ГРАФИТ:
- Машиностроение;
- Химическая промышленность;
- Металлургия;
- Промышленность строительных материалов – минерал является одним из основных ингредиентов при производстве кирпича, особенно огнеупорного;
- Ядерная энергия – используется как ингибитор нейронов;
- Производство электрических аппаратов – для изготовления электрических контактов, а также электродов;
- Медицина.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАФИТА В МЕТАЛЛУРГИИ:
- В этой области графит используется для изготовления форм для сплавов, огнеупорных чанов, а также емкостей, в которых происходит кристаллизация;
- Из него делают плавильные горшки;
- Графит можно использовать для пропитки металлов углеродом (т.е. карбонизация), а также для образования химически активных металлов;
- Графитовый порошок часто используется в качестве смазки для литейных форм.
Эзотерики утверждают: магия графита создает для владельца мощный щит против негативных внешних факторов (сглаза, порчи, проклятия).
Где и как его добывают
Промышленные объемы графита встречаются на всех континентах:
- Северная и Южная Америка – США, Канада, Бразилия;
- Европа – Германия, Гренландия, Италия;
- Австралия.
Сырье из каждой графитовой шахты можно отличить по структуре, цвету и другим характеристикам.
В России есть три основных месторождения:
- Бурятия – высококачественное плотное кристаллическое сырье.
- Краснодарский край (два) – плотнокристаллический, мелкокристаллический, чешуйчатый, графитовый сланец.
Графиты образуются при пиролизе угля или под воздействием очень высоких температур и давления. Например, путем выливания магмы на угольные месторождения.
Его добывают открытым или подземным способом. Кристаллы графита встречаются в сланце, мраморе и других органических породах.
Ежегодное мировое производство графита составляет 600 000 тонн.
Марка графита определяет соотношение смолы и кокса, что влияет на его дальнейшие свойства. Минерал обычно имеет высокую чистоту (до 99%). Дальнейшее применение зависит от его технических свойств. Часто в производственный цикл добавляются дополнительные этапы просеивания, отбраковки, прокаливания и пропитки.
Добыча и обработка камня
Графит можно добывать как над, так и под землей. Структура минерала часто зависит от его местоположения.
На крупнейшем месторождении Боготола добываются в основном плотные кристаллические типы. Они сосредоточены в виде гнезд и рассеянных залежей рядом с сиенитами и известняками.
На месторождении Тайга встречаются чешуйчатые минералы. Минералы, добываемые там, характеризуются пластинчатыми или пластинчато-образными кристаллами. Они податливы, имеют маслянистый блеск и размазываются при взаимодействии.
Этот минерал, получаемый в результате пиролиза угля, добывается в основном на Курейском месторождении. Залежи крупных кристаллов образуются в результате природных явлений, например, излияния магмы на угольных месторождениях.
Основные центры экономического значения по добыче графита сосредоточены в
- Россия;
- ГРИНЛАНДИЯ; США;
- Гренландия;
- Германия;
- Италия;
- Австралия;
- Канада;
- Бразилия.
В России имеется три основных месторождения этого вещества. Они известны разнообразием добываемых минералов:
- Месторождение Ботогол в Бурятии – тип плотнокристаллического графита.
- Курейское в Краснодарском крае – чешуйчатый, мелкокристаллический, графитовый сланец.
- Ногинское в Красноярском крае – самый высококачественный, плотнокристаллический минерал.
Этот минерал перерабатывается только в промышленных целях. Мягкость структуры требует осторожности и технологической точности в этом вопросе. Необходимо выбрать правильные инструменты и методы для обточки минерала, иначе это приведет к сколам и трещинам. Качество будущего изделия напрямую зависит от механической обработки.
Промышленная обработка графита изменяет его структуру. Поэтому вещество имеет разные свойства и прочность в разных сортах. Эти пункты зависят от навыков специалиста, токарного оборудования и программы шлифования.
Посмотрите, как обрабатывается графит:
При плотности от 2,08 до 2,23 г/см3 его электрическое сопротивление при комнатной температуре в 765 раз больше, чем у меди.
Графит и его использование в электротехнике
Название графита происходит от греческого слова “grapho”, что означает “писать”. Минерал является модификацией углерода, который имеет характерную слоистую структуру. Существуют исторические свидетельства того, что графит использовался в качестве красителя в древние времена: люди рисовали этим минералом на керамике, датируемой 40-м веком до нашей эры. Современное название графит получил в 1789 году от немецкого геолога Абрахама Готтлоба Вернера, который изучал слои осадочных пород и разработал шкалу.
Современное название графит получил в 1789 году от немецкого геолога и просветителя Абрахама Готтлоба Вернера, который, помимо прочего, изучал образования осадочных пород и разработал шкалы для идентификации минералов на основе их внешних характеристик.
В природе графит образуется на небольшой глубине в результате метаморфизма пород, содержащих органические остатки. По физическим и химическим свойствам графит представляет собой кристаллическое, тугоплавкое вещество, слегка жирное на ощупь, черного или серого цвета с характерным металлическим блеском.
По сравнению с алмазом, графит очень мягкий, благодаря своей слоистой структуре атомной решетки. Атомы углерода в графите расположены слоями, причем расстояние между слоями больше, чем расстояние между атомами в одном слое, а электроны, связывающие слои вместе, образуют непрерывное электронное облако – именно поэтому графит является проводником электричества и имеет характерный металлический блеск.
При плотности от 2,08 до 2,23 г/см3 его удельное электрическое сопротивление при комнатной температуре в 765 раз больше, чем у меди.
В отличие от алмаза, графит хорошо проводит как электричество, так и тепло. Мягкость графита (смешанного с каолином) используется в карандашах. Если посмотреть на графит под микроскопом, то можно легко увидеть хлопья, именно они остаются на бумаге, создавая след при использовании карандаша.
Физические и химические свойства графита позволили широко использовать его в различных областях электротехники. Благодаря своей химической стойкости к агрессивным водным растворам, тугоплавкости и высокой электропроводности графит используется для изготовления электродов и нагревательных элементов для различных применений. Например, при производстве реактивных металлов методом электролиза графит используется для изготовления электродов.
При производстве алюминия графит сам выходит из реакционной зоны электролизера вместе с углекислым газом, поэтому для его утилизации не требуется никаких других сложных действий.
Токопроводящие клеи с высоким сопротивлением содержат только графит в качестве токопроводящего компонента. И, конечно, всем известно, что графит используется для изготовления различных контактных щеток и контактных колец в электрооборудовании (коллекторные двигатели в электромобилях и кранах, контакты токовых реостатов и т.д.), где требуется подвижный, но надежный электрический контакт.
Но раз уж мы сказали, что графит такой мягкий, то как его используют для изготовления щеток в коллекторах, которые постоянно трутся о контактные пластины и кольца? Ведь графитовые щетки часто можно встретить в бытовых приборах: блендерах, электробритвах, кофемолках, дрелях, шуруповертах и т.д. В чем секрет? Почему кисти не изнашиваются сразу, как карандаши?
А все дело в том, что щетки для электроприборов изготавливаются не из чистого графита, а из графита с добавлением связующего вещества, или даже подвергаются специальной обработке. Технология изготовления кистей довольно сложна, она включает процессы прессования и запекания, что делает кисти более прочными и износостойкими.
На последнем этапе производственного процесса электрографитовые щетки карбонизируются в печи при температуре 2500 градусов! Металлические графитовые щетки содержат металлические порошки и технический углерод.
Существуют твердые, средние и мягкие электрографитовые кисти. Мягкие щетки:
EG-4 и EG-71; EG-14 – средние, универсальные;
EG-8 и EG-74 твердые и содержат абразивный порошок.
Твердые щетки используются при высоких температурах и сложных коммутациях, поэтому содержащийся в щетке абразив придает щетке дополнительную функцию очистки, при которой щетка не только пропускает ток к коллектору, но и сразу же очищает его от нагара.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!
Читайте далее:- ГОСТ 21888-82 (IEC 276-68, IEC 560-77) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения (с изменениями N 1) от 30 марта 1982 года.
- Атомная структура.
- Как работают атомы.
- Свойства атомов и их периодичность – ЗФТШ, МФТИ.
- Урок 10 Синтетические и искусственные материалы – Технология – 5 класс – eSchool Россия.
- Подвижные контактные материалы 1.
- Заряд атомного ядра, теория и примеры.