Графит представляет собой минерал, устойчивую кристаллическую модификацию углерода. Она сохраняет свои первоначальные свойства при стандартных условиях. Материал является огнеупорным, достаточно плотным и обладает высокой электропроводностью. Получается он нагреванием антрацита без доступа воздуха. Используется в литейном производстве, при изготовлении стали, а также для смазки при прокатном производстве. Но эти сферы не охватывают всех областей использования.
Основные свойства
Если вас заинтересовал вопрос о том, какова плотность графита, вы должны знать, что этот параметр составляет 2230 кг/м3. Еще одной аллотропной формой углерода является алмаз, поэтому графит иногда сравнивают с ним. Последний обладает электропроводными характеристиками и выступает в качестве полуметалла. Это свойство нашло свое применение в процессе производства электродов.
Плотность графита – это не все, что следует знать, если вас заинтересовал этот минерал. Необходимо поинтересоваться еще и другими свойствами. Например, эта кристаллическая модификация углерода не плавится, а при воздействии температуры в 3500 °C возгорается. Жидкую фазу материал минует, переходя в газообразное состояние.
Однако если условия будут предусматривать повышение давления до 90 МПА, а также температуры, то можно добиться расплавления. Это открытие было сделано при изучении свойств алмаза, когда его пытались синтезировать. Но получить этот материал из расплавленного графита не удалось.
Кристаллическая решетка
Кристаллическая решетка графита предусматривает наличие атомов углерода. Ей присуща слоистая структура. Расстояние между отдельными слоями может достигать 0,335 нм. В решетке атомы углерода связываются с тремя другими атомами углерода.
Решетка может быть гексагональной и ромбоэдрической. В каждом слое атомы углерода располагаются напротив центральных частей шестиугольников. Последние находятся в соседних слоях, затем положение слоев повторяется, что происходит через один.
Производство искусственного графита
Графит и его свойства – это не единственное, что вам следует знать, если вас заинтересовал этот минерал. Важно поинтересоваться еще и производством искусственной разновидности. Она отличается от натурального материала тем, что при синтезе получается вещество с заданными параметрами.
В производство идут отходы нефтяного кокса и каменноугольного песка. Смесь мелкофракционных элементов обжигается, а после охлаждается около 5 недель. Воздействие температуры на первом этапе сопровождается ее повышением до 1200 °C.
Для увеличения теоретической плотности графита заготовки пропитываются песком. На заключительном этапе происходит графитация, она предусматривает термическую обработку материала в специальной печи, где температура достигает 3000 °C. При этом удается сформировать кристаллическую решетку.
Такой графит имеет высокую теплопроводность и отличную электропроводность. Анизотропность свойств присуща минералу, полученному методом экструзии. Сегодня используется и более новая технология, которая называется изостатическим прессованием. Это позволяет изготовить материал, у которого низкий коэффициент трения. Он обладает изотропными свойствами.
Плотность графита (г/см3), который получается в процессе экструзии, достигает 2,23. Этот же показатель для изостатической рекристаллизованной разновидности в зависимости от марки может достигать 5 г/см3. Такой материал идет на изготовление крупногабаритных заготовок, длина и диаметр которых составляют 1000 и 500 мм соответственно, а также для производства литейных деталей и форм, которые обладают антифрикционными свойствами.
Основные марки
На сегодняшний день используется возможность синтеза с разной величиной зерна. В итоге графит можно классифицировать на:
- крупнозернистый;
- среднезернистый;
- мелкозернистый;
- тонкозернистый.
Элементы первого достигают в диаметре 3 000 мкм. Если речь идет о среднезернистой разновидности, то величина зерна равна 500 мкм. Различается мелкозернистый графит марки МПГ с величиной зерна до 50 мкм. Существует еще и мелкозернистый изотропный минерал марки МИГ-1, частицы которого имеют размеры от 30 до 150 мкм. Тонкозернистый графит и изостатический графит имеют зерна величиной до 30 мкм, их минимальный диаметр составляет 1 мкм.
Использование искусственного графита
Плотность графита вам уже известна. Однако важно изучить еще и область использования искусственной разновидности. Она применяется во всех отраслях промышленности. Из крупнозернистого изготавливают электроды. Мелкозернистый конструкционный идет на производство фасонных изделий, которые обладают сложной формой.
Применение искусственного минерала позволило добиться высокой точности при изготовлении деталей. Сегодня выпускается техника, которая полностью соответствует стандартам нынешнего века.
Дополнительная информация о плотности и тепловом расширении
В зависимости от добавки, наибольшая плотность графита может составить 5 г/см3. Минимальное значение равно 2. Оно присуще рекристаллизованному графиту. Монокристаллы обладают высокой анизотропией, это обусловлено строением кристаллической решетки. В базисных плоскостях тепловое расширение является отрицательным до 427 °C. Это говорит о том, что минерал сжимается.
С повышением температуры его абсолютное значение уменьшается. При вышеупомянутом уровне температуры тепловое расширение является положительным. Оно направлено перпендикулярно базисным плоскостям. Температурный коэффициент расширения почти не зависит от температуры и превышает значение больше чем в 20 раз по сравнению со средним абсолютным коэффициентом для базисных плоскостей.
Что еще необходимо знать о прочности
Прочность и плотность графита изменяются с увеличением температуры. Для большинства искусственных графитов прочность при растяжении с повышением температуры возрастает в 2,5 раза. Максимума значение достигает при 2800 °C.
Предел прочности при сжатии увеличивается в 1,6 раза, когда температура достигает 2 200 °C. Модули сдвига и упругости возрастают в 1,6 раза, когда температура достигает значения в 1 600 °C.
В заключение
Форма определяет разновидности графита, который может быть: пластинчатым, хлопьевидным и шаровидным. Хлопьевидный еще называется углеродом отжига. Графит – это еще и микроструктурная составляющая ковкого, серого высокопрочного чугунов и чугуна с вермикулярным графитом. В этом случае он состоит из углерода и предопределяет специфические свойства чугуна.
Этот материал использовался для создания надписей и рисунков около 4 000 лет назад. Его название происходит от слова «писать». Месторождения расположены там, где залежи битумов и каменного угля подверглись действию высоких температур.
