الجرافيت الكربوني هو مركب يتكون من خلط الكربون غير المتبلور مع الجرافيت. يمكنك العثور عليه في مجموعة متنوعة من الظلال تتراوح بين الأسود والرمادي الفولاذي.
مميزات الجرافيت الكربوني
ستجد بعض الميزات المميزة جدًا الخاصة بالجرافيت الكربوني الذي تريد استخدامه. دعنا نسرد وصفًا موجزًا لبعضها:
مقاومة درجات الحرارة
يمكن أن يعمل الجرافيت الكربوني بشكل استثنائي في التطبيقات المؤكسدة بدرجات حرارة تتراوح بين 200 درجة مئوية و600 درجة مئوية. ويمكنه أيضًا العمل بشكل جيد في التطبيقات غير المؤكسدة بدرجات حرارة تبلغ حوالي 3000 درجة مئوية.
نظرًا لمعامل التمدد الحراري المنخفض، فهي مثالية لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة بين -35 درجة مئوية و-270 درجة مئوية. ويمكنها الاحتفاظ بشكلها وحجمها في مثل هذه الظروف مع اختلاف طفيف.
مقاومة التآكل
يمكن للجرافيت الكربوني أن يتحمل العديد من العناصر المسببة للتآكل. يمكنك استخدامه في التطبيقات التي تحتوي على ثاني أكسيد الكبريت والبترول والعديد من المواد الكيميائية الأخرى دون التأثير عليها.
يرجع ذلك إلى أن ذرات الكربون الموجودة فيها مترابطة بقوة بواسطة روابط تساهمية تشكل هياكل سداسية. وتقاوم قوة هذه الروابط أي شكل من أشكال التآكل الناتج عن مثل هذه المواد الكيميائية.
ذاتية التشحيم
قوى فان دير فالز التي تربط طبقات الجرافين إن الطبقات الداخلية من الجرافيت الكربوني ضعيفة للغاية. وهذا يعني أن طبقات الجرافين يمكن أن تفرك بسهولة على سطح آخر عند ملامستها للجرافيت الكربوني.
يملأ الجرافيت الكربوني أي سطح خشن بينهما عن طريق إنشاء فيلم ديناميكي. وهذا يجعل من الممكن تزييته ضد نفسه حتى في التطبيقات في البيئة الجافة.
المسامية
عندما يتم خبز الجرافيت الكربوني أثناء التصنيع، يتم التخلص من الهيدروكربونات في عملية إخراج الغازات. تدفع الحرارة الشديدة هذا الغاز إلى الخارج تاركًا شبكة مسامية في بنية الكربون غير المتبلور.
الشبكة المسامية تعني أنه يمكننا تشريبها بسهولة بإضافات مثل الراتنجات والمعادن. وسوف تعمل على تعزيز الجرافيت الكربوني من حيث خصائصه الميكانيكية والكيميائية.
كيف يتم تصنيع الجرافيت الكربوني
يمكننا إنشاء الجرافيت الكربوني عن طريق الجمع بين الكربون غير المتبلور والجرافيت. تذكر أن هذين النوعين من الكربون لهما خصائص فيزيائية وميكانيكية مختلفة.
تتضمن السمات المرغوبة للكربون غير المتبلور مقاومة التآكل والقوة الفيزيائية والصلابة. ستجد بنية ضعيفة وناعمة في الجرافيت تجعله قادرًا على التشحيم الذاتي.
يتم خلط المادتين أولاً ثم إضافة قطران الفحم كمادة رابطة. ثم يتم وضع الخليط في قوالب بالشكل المطلوب ثم يتم ضغطه.
بعد عملية التشكيل بالضغط، يجب تحميص هذه الأجزاء في درجات حرارة عالية للغاية. يتم تنفيذ هذه العملية لتمكين قطران الفحم من التفحم.
يشكل هذا مكونًا قويًا متينًا يتكون من الكربون والجرافيت. وهو مقاوم للضغط ولا يظهر أي تأثير عند تعرضه لاختبارات تحميل ثقيلة للغاية.
ثم يتم وضع الجرافيت الكربوني في فرن وخبزه في درجات حرارة عالية جدًا. ويؤدي هذا إلى إخراج الغازات حيث يتم طرد الهيدروكربونات من البنية الصلبة.
هذا هو المكان الذي يحقق فيه الجرافيت الكربوني مساميته من خلال شبكة الثقوب التي تم إنشاؤها. لديك في الأساس بنية تبدو مثل الإسفنج الأسود الصلب.
لتعزيز الخواص الكيميائية والميكانيكية، يمكننا تشريب هذه الثقوب بالمعادن والراتنجات والعديد من الحشوات الأخرى. اعتمادًا على التطبيق، سيتم تحسين خصائصها الحرارية وتقويتها.
الكربون الجرافيت مقابل الجرافيت
قد يكون الجرافيت الكربوني والجرافيت مصنوعين من الكربون ولكنهما عنصران مختلفان. بادئ ذي بدء، نعلم أن الجرافيت مصنوع بالكامل من ذرات الكربون المنظمة بتصميم معين.
وهذا يجعله متآصلاً للكربون تمامًا مثل الماس. من ناحية أخرى، يمكنك الحصول على كربون الجرافيت عن طريق خلط الكربون غير المتبلور والجرافيت النقي باستخدام مادة رابطة.
يجمع هذا بين الخصائص الفيزيائية والميكانيكية لكلا المكونين. وهذا يجعل الجرافيت الكربوني متفوقًا في الصفات الفيزيائية والميكانيكية على الجرافيت.
فوائد الجرافيت الكربوني
عند استخدام الجرافيت الكربوني في تطبيقك، فإنك تحصل على فوائد عديدة بشكل أساسي من خصائصه. يمكننا أن نلقي نظرة متعمقة على بعض منها أدناه:
تطبيق نطاق درجات الحرارة العالية
يمكنك استخدام أقطاب الجرافيت في نطاق واسع من درجات الحرارة من التطبيقات غير المؤكسدة والمؤكسدة والتبريد العميق. وهذا يمنحها القدرة على العمل في درجات حرارة تتراوح من -270 درجة مئوية إلى درجات حرارة أعلى قليلاً من 3000 درجة مئوية.
البيئات الرطبة والجافة
نظرًا لأنها ذاتية التشحيم، فلا داعي لإضافة أي مواد تشحيم في حالة جفاف التطبيق. كما لا يمكن غسل هذه المواد التشحيمية على عكس الزيوت والشحوم في التطبيقات في البيئات الرطبة.
مستقر الأبعاد
معامل التمدد الحراري للجرافيت الكربوني منخفض جدًا، مما يعني أن درجة الحرارة ليس لها تأثير كبير على حجمه. وهذا يعني أنه لا يتمدد أو ينكمش أو يتشوه بسهولة في ظل ظروف درجات الحرارة القصوى.
مقاومة للتآكل
يمكنك التأكد من الأداء الممتاز لجرافيت الكربون الخاص بك لأنه لا يتآكل بسهولة. وهذا بسبب خصائصه الحرارية الممتازة جنبًا إلى جنب مع حقيقة أنه يمكنه التشحيم ذاتيًا.
مقاومة التآكل
نظرًا لكونه غير نشط كيميائيًا، يمكنك استخدامه بسهولة في البيئات المسببة للتآكل. كما أنه محمي من تأثيرات الأكسدة من خلال المواد المشربة المسامية مثل الملح.
موصلية حرارية عالية
هذا يعني أن الجرافيت الكربوني الخاص بك يمكنه تبديد أو نقل الحرارة الناتجة عن الاحتكاك في تطبيقك. عادةً ما تنقل المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة الحرارة التشغيلية بمعدل منخفض للغاية.
كربون الجرافيت للأجزاء المتخصصة
إذا كنت قد تعرضت لموقف حيث كان عليك استبدال جزء خاص، فلا بد أن يكون الجرافيت الكربوني خيارًا. يفضل معظم الأشخاص الجرافيت الكربوني كبديل لذلك لعدة أسباب.
بالإضافة إلى امتلاكه لخصائص تشحيم ذاتية طبيعية ممتازة، يمكن للجرافيت الكربوني أن يتحمل درجات الحرارة العالية والتآكل. بالإضافة إلى ذلك، فهو قوي وصلب، مما يضمن متانة قطعتك.
نظرًا لثباته الحراري، يمكنك استخدامه بشكل مريح في المناطق المعرضة للتآكل والتأثيرات الكيميائية. إذا كنت تريد تحسين تنوعه، فيمكنك تشريبه بسهولة بمثبطات الأكسدة أو حتى الراتنجات.
إذا كان بإمكانك تشغيل الآلة بدقة، فيمكنك الحصول على قطع غيار نفدت من المخزون. ويمكنك حتى تشغيل أكثر الأجزاء غموضًا مع ضمان أنها ستصمد أمام اختبار الزمن.
تطبيقات الجرافيت الكربوني
يُعد الجرافيت الكربوني مادة متعددة الاستخدامات يمكنك استخدامها في العديد من التطبيقات في مختلف الصناعات. ويرجع ذلك إلى قدرته على تحمل درجات الحرارة المرتفعة، والتشحيم الذاتي، والخصائص الحرارية الجيدة.
يمكننا تحليل تطبيقه بناءً على المكونات التي يمكننا صنعها منه. بعض هذه المكونات تشمل:
- مقاعد صمام الكرة
- أنواع مختلفة من الشجيرات والمحامل
- صناعة الريش المستخدمة في المضخات الصناعية المختلفة
- تصنيع أجزاء متخصصة
- أنواع مختلفة من الأختام مثل أسطح الأختام الميكانيكية وحلقات الختم في التطبيقات المبردة
- لوحات الارتداء
خاتمة
يمكن أن يوفر الجرافيت الكربوني مجموعة واسعة من المزايا عند استخدامه في تطبيقاتك. بفضل رباطه الكربوني الذي يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية، فإنه يجمع بين عناصر مختلفة من الكربون والجرافيت.
إنها تأخذ خاصية التشحيم الذاتي للجرافيت وتمزجها بقوة الكربون ومقاومته للتآكل. ويمكن تعزيزها بمواد تشريب مختلفة لتمنحك مادة هائلة ذات خصائص كيميائية وميكانيكية ممتازة.
المزيد من الموارد:
الجرافيت – المصدر: ويكيبيديا
خصائص الجرافيت – المصدر: بريتانيكا
