چگونگی تولید محصولات صنعتی با کمک گرافیت
گرافیت هر ویژگی را به میزان زیادی دارد. برای مثال بسیار نرم و دارای چگالی ویژه بسیار کمی است. از سوی دیگر، به شدت در مقابل گرما مقاوم بوده و درتماس با مواد دیگر واکنشی نشان نمی‌دهد. به دلیل داشتن این ویژگی‌ها موارد کاربرد گرافیت در متالورژی و تولید سازه بسیار گسترده است.
خواص ویژه گرافیت باعث شده که هر روز کاربردهای جدید و مناسبی از این ماده معدنی در صنعت ارائه شود. از مهم‌ترین خواص گرافیت که آن را گزینه مناسبی برای ساخت نازل‌های ریخته‌گری کرده، عبارتست از: مقاومت در برابر دما، عدم واکنش شیمیایی با مذاب، مقاومت در برابر زنگزدگی و خوردگی، عدم چسبندگی مذاب به گرافیت.
از گرافیت به دلیل داشتن خاصیت رسانایی الکتریکی بالا، در ساخت الکترودهای کوره‌های قوس الکتریکی، باتری‌ها و صفحات خورشیدی استفاده میشود. برخی دیگر از کاربردها شامل استفاده در ساخت مداد است (به همین دلیل به عنوان «مغز مداد» نیز شناخته میشود).
خواص گرافیت
- بالاترین مقاومت طبیعی و سختی
- ضدزنگ و مقاوم در برابر حرارت
- روانکاری طبیعی بالا
- مقاومت حرارتی بالا تا ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد
- رسانای الکتریکی و حرارتی
- ثبات شیمیایی
- بازدارنده تابش (اشعه)
- اصطکاک کم
- مقاومت فشاری بالا
مزایا و کاربردهای گرافیت
گرافیت معمولا با توجه به خاصیت خودروانکاری (عدم نیاز به روغن‌کاری) و مقاومت در برابر مواد شیمیایی به عنوان گزینه مناسب برای ساخت آببندها به شمار می‌آید. برخی کاربردهای آببندهای گرافیتی عبارتند از: استفاده در موتورهای جت، سیستم‌های تهویه مطبوع، همزن‌ها، گریبکس‌ها، مبدل‌های حرارتی، کمپرسورهای هوا و توربین‌های آبی.
این ماده خاصیت روان‌کنندگی بالایی دارد، از این رو سال‌ها است که به عنوان روانکار خشک، برای جلوگیری از اصطکاک در دستگاه‌های صنعتی استفاده میشود. به خصوص در روانکارهایی که در دمای بالا می‌بایست استفاده شوند، روانکارهای پایه روغنی از بین می‌روند لذا روانکارهای گرافیتی کاربرد پیدا می‌کنند. البته در کاربردهای روانکاری، معمولا این ماده در ترکیب با روغن استفاده میشود. در بسیاری از کاربردها، روغن و کریستال‌های لایه لایه گرافیت به تنهایی کافی نیستند.
در این مواقع از افزودنی‌هایی مانند فلزات نرم (ایندیم، سرب، نقره، قلع)، پلی تترافلوئورواتیلن، بعضی از اکسیدهای جامد، فلوریدهای نادر زمین و حتی الماس به همراه گرافیت استفاده میشود. موارد استفاده از این روانکارها در فشرده سازی هوا، بلبرینگ، اتصالات سرعت ثابت، قفل‌ها و غیره است. انتخاب روانکار مناسب برای قالب، یکی از مهم‌ترین و موثرترین عوامل در انجام فرآیند فورج موفق محسوب میشود. افزایش حداکثری عمر قالب، جلوگیری از گیرکردن و چسبیدن قطعات به قالب بخشی از مزایای و کاربرد گرافیت است.
استفاده از گرافیت در باتری‌ها از دهه ۱۹۷۰ افزایش یافته‌است. از گرافیت طبیعی و مصنوعی به عنوان ماده آند برای ساخت الکترودها در فناوری‌های اصلی باتری استفاده میشود. گرافیت یکی از مناسب‌ترین مواد مورد استفاده در تولید آند باتری‌های لیتیوم_یون است. در باتری‌های لیتیوم_یون هزینه‌های کاتد و الکترولیت به ترتیب تقریبا 50 و 25 درصد از کل هزینه تولید این محصول را تشکیل می‌دهند. این در حالی است که آند گرافیتی به تنهایی حدود 10 درصد کل هزینه تولید باتری را به خود اختصاص می‌دهد. همچنین برای خمیر الکترولیت این باتری‌ها نیز از پودر گرافیت استفاده میشود.
گرافیت طبیعی مورد استفاده در فولادسازی بیشتر به منظور افزایش درصد کربن فولاد مذاب کاربرد دارد. همچنین می‌تواند خاصیت روانکاری برای قالب‌های اکسترود فولاد نیز داشته باشد. افزودنی‌های کربنی از گزینه‌هایی مانند پودر گرافیت مصنوعی، کک نفتی و سایر اشکال کربن با قیمت رقابتی روبرو هستند. از افزایش دهنده‌های کربن در ساخت فولاد برای بالا بردن درصد کربن تا سطح مشخصی استفاده میشود. برآوردی که توسط سازمان زمین‌شناسی آمریکا در سال ۲۰۰۵ انجام شده است، نشان می‌دهد فولادسازان در آمریکا در سال ۲۰۰۵ نزدیک به ۱۰۵۰۰ تن گرافیت را به این صورت مصرف کرده‌اند. براساس آمار، در حال حاضر افزون بر یک میلیارد و ۵۰۰ میلیون تن فولاد خام در جهان تولید میشود که در این میان سهم تولید ایران حدود یک درصد است و با اندکی تغییر در جایگاه چهاردهم و پانزدهم جهان قرار دارد.
استفاده از گرافیت به عنوان ماده‌ای نسوز در ساخت بوته‌های آهنگری برای نگهداری فلز مذاب، قبل از سال ۱۹۰۰ میلادی شروع شد. امروزه ساخت بوته‌های آهنگری یکی از کاربردهای جزئی مواد نسوز است. در اواسط دهه ۱۹۸۰ 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 بوته‌های آهنگری.
گرافیت می‌تواند در ساخت بمب گرافیتی هم استفاده شود. این نوع سلاح تسلیحاتی غیر کشنده و بمب نرم است. این نوع بمب‌ها که آسیب عمرانی ندارند در از کار انداختن نیروگا‌ها و تاسیسات برقی به کار گرفته می‌شوند و غیرکشنده هستند. در اواخر قرن نوزده ارتش آمریکا در یک تمرین نظامی از این بمب استفاده کرد و باعث قطعی برق منطقه مورد آزمایش و خاموشی کلی آن منطقه شد. این عملیات باعث گسترش این نوع بمب و پیشرفت آمریکا در ساخت آن گردید. اولین بار این بمب توسط امریکا در جنگ کوزوو که بین آمریکا و یوگوسلاوی بود که باعث قطعی برق بیش از دو سوم خاک یوگوسلاوی شد.
مواد استفاده شونده در صنایع هوافضا باید از مواد ساختاری با چگالی پایین بوده و شامل مشخصه‌هایی همچون استحکام بالا، سفت بودن، مقاومت سایشی و ضربه‌ای بالا و به دور از خوردگی باشند. برای تحقق این خواص پیشرفته برای کاربردهایی با سطح تکنولوژی بالا، مواد کامپوزیتی به وسیله ترکیب دو جزء ناهمسان تولید می‌شوند. از این رو، یک کامپوزیت شامل چند جزء خواهد بود که در آن، فاز پخش‌شونده در یک ماتریس پیوسته ترکیب شده است.
به طور خاص، برای این کار، یک کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربن (کریستال‌های گرافیت با نواحی آمورف) در ماتریس پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. خواص فیزیکی گرافیت، آن را برای کاربردهای مانند پوشش سطح شاتل‌های فضایی و شرایط شدید برودتی، قابل استفاده می‌کند که همگی مبتنی بر ویژگی‌های گرافیت همچون مقاومت سایشی، پایداری حرارتی (تا دمای 3000 درجه سانتی‌گراد)، فشردگی عالی، رفتار خود روانکاری، نیرومندی و ضریب اصطکاک پایین در شرایط انجماد، هستند.
یک کندکننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترون‌های سریع به کار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کندکننده به شمار می‌روند. کندکننده برای آن که بتواند در رآکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون داشته باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده، چند ماده هستند که می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. گرافیت به دلیل داشتن این ویژگی‌ها به عنوان کند کننده در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی
منابع:
- https://fa.wikipedia.org/wiki
- http://www.nasoozsp.com/post
