La grafite di carbonio è un composto formato dalla miscelazione di carbonio amorfo con grafite. È possibile trovarla in una varietà di tonalità che vanno dal nero al grigio acciaio.
Caratteristiche della grafite di carbonio
Troverai alcune caratteristiche molto distinte specifiche per la grafite di carbonio che vuoi usare. Elenchiamo una breve descrizione di alcune di esse:
Resistenza alla temperatura
La grafite di carbonio può funzionare eccezionalmente bene in applicazioni ossidanti con temperature comprese tra 200°C e 600°C. Possono funzionare ugualmente bene in applicazioni non ossidanti con temperature di circa 3000°C.
Grazie al loro basso coefficiente di dilatazione termica, sono perfetti per applicazioni criogeniche a temperature comprese tra -35°C e -270°C. Possono mantenere la loro forma e dimensione in tali condizioni con solo una leggera variazione.
Resistenza alla corrosione
La grafite di carbonio può resistere a moltissimi elementi corrosivi. Puoi usarla in applicazioni che contengono anidride solforosa, petrolio e molti altri prodotti chimici senza che ne subisca l'impatto.
Questo perché gli atomi di carbonio in essi contenuti sono tenuti insieme in modo forte da legami covalenti che formano strutture esagonali. La forza di questi legami resiste a qualsiasi forma di corrosione da parte di tali sostanze chimiche.
Autolubrificante
Le forze di Van der Waals che legano il strati di grafene all'interno della grafite di carbonio sono molto deboli. Ciò significa che gli strati di grafene possono facilmente sfregare su un'altra superficie a contatto con la grafite di carbonio.
La grafite di carbonio riempie qualsiasi superficie ruvida tra di loro creando una pellicola dinamica. Ciò rende possibile la lubrificazione contro se stessa anche in applicazioni in ambiente asciutto.
Porosità
Quando la grafite di carbonio viene cotta durante la produzione, gli idrocarburi vengono eliminati nel processo di degassamento. Il calore estremo spinge fuori questo gas lasciando una rete porosa nella struttura del carbonio amorfo.
La rete porosa significa che possiamo facilmente impregnarla con additivi come resine e metalli. Rafforzeranno la tua grafite di carbonio in termini di proprietà meccaniche e chimiche.
Come si produce la grafite di carbonio
Possiamo creare carbonio grafite combinando carbonio amorfo con grafite. Ricorda che questi due tipi di carbonio hanno caratteristiche fisiche e meccaniche diverse.
Le caratteristiche desiderabili del carbonio amorfo includono resistenza all'usura, forza fisica e durezza. Troverai una struttura debole e morbida nella grafite che la rende autolubrificante.
I due vengono prima mescolati e poi viene aggiunto il catrame di carbone come legante. La miscela viene poi posta in stampi della forma desiderata e poi compressa.
Dopo lo stampaggio a compressione, queste parti devono essere arrostite a temperature estremamente elevate. Questo processo viene eseguito per consentire alla pece di catrame di carbone di carbonizzarsi.
Questo forma un componente solido e resistente che contiene sia carbonio che grafite. È resistente alla compressione e non mostra alcun effetto quando esposto a test di carico estremamente pesanti.
La grafite di carbonio viene quindi posta in un forno e cotta a temperature molto elevate. Ciò provoca un degassamento in cui gli idrocarburi vengono espulsi dalla struttura solida.
È qui che la grafite di carbonio ottiene la sua porosità dalla rete di fori creata. In pratica hai una struttura che sembra una spugna nera solida.
Per migliorare le proprietà chimiche e meccaniche, possiamo impregnare questi fori con metallo, resine e molti altri riempitivi. A seconda dell'applicazione, ne miglioreranno le proprietà termiche e lo rafforzeranno.
Grafite di carbonio contro grafite
La grafite di carbonio e la grafite possono essere tutte fatte di carbonio, ma sono due elementi diversi. Per cominciare, sappiamo che la grafite è interamente fatta di atomi di carbonio strutturati in un design particolare.
Ciò lo rende un allotropo del carbonio, proprio come il diamante. D'altro canto, si ottiene il carbonio di grafite mescolando carbonio amorfo e grafite pura usando un legante.
Ciò fonde sia le proprietà fisiche che meccaniche di entrambi i componenti. Ciò rende la grafite di carbonio superiore in qualità fisiche e meccaniche alla grafite.
Vantaggi della grafite di carbonio
Quando utilizzi la grafite di carbonio nella tua applicazione, puoi ottenere vari benefici principalmente dalle sue proprietà. Possiamo approfondire alcuni di essi di seguito:
Applicazione ad alta temperatura
È possibile utilizzare gli elettrodi di grafite in un'ampia gamma di temperature, da applicazioni non ossidate, ossidate e criogeniche. Ciò consente un funzionamento da circa -270°C a temperature leggermente superiori a 3000°C.
Ambienti umidi e asciutti
Poiché sono autolubrificanti, non è necessario aggiungere alcuna lubrificazione quando l'applicazione presenta condizioni asciutte. Questa lubrificazione non può essere lavata via, a differenza di olio e grasso in applicazioni in ambienti umidi.
Dimensionalmente stabile
Il coefficiente di espansione termica della grafite di carbonio è molto basso, il che significa che la temperatura non ha un impatto significativo sulle sue dimensioni. Ciò significa che non si espande/contrasta o si deforma facilmente in condizioni di temperatura estreme.
Resistente all'usura
Puoi essere certo di prestazioni eccellenti della tua grafite di carbonio perché non si usura facilmente. Questo è dovuto alle sue eccellenti proprietà termiche combinate con il fatto che può autolubrificarsi.
Resistenza alla corrosione
Essendo chimicamente inattivo, puoi applicarlo facilmente in ambienti corrosivi. È anche protetto dagli effetti dell'ossidazione tramite impregnanti porosi come il sale.
Alta conduttività termica
Ciò significa che la tua grafite di carbonio può dissipare o trasferire il calore generato nella tua applicazione dall'attrito. I materiali con bassa conduttività termica trasferiscono normalmente il calore operativo a una velocità molto bassa.
Grafite di carbonio per parti speciali
Se vi siete mai trovati in una situazione in cui avete dovuto sostituire una parte speciale, allora la grafite di carbonio deve essere stata un'opzione. La maggior parte delle persone preferisce la grafite di carbonio come sostituto per questo per diversi motivi.
Oltre ad avere eccellenti proprietà autolubrificanti naturali, la grafite di carbonio può resistere ad alte temperature e alla corrosione. Inoltre, è sia forte che dura, garantendo quindi la durevolezza del tuo pezzo.
Poiché è termicamente stabile, puoi usarlo comodamente in aree soggette sia alla corrosione che agli effetti chimici. Se vuoi migliorarne la versatilità, puoi facilmente impregnarlo con inibitori di ossidazione o persino resine.
Se riesci a lavorarlo con precisione, puoi ottenere parti che sono esaurite. Puoi persino far lavorare la parte più oscura con la garanzia che resisterà alla prova del tempo.
Applicazioni della grafite di carbonio
La grafite di carbonio è un materiale versatile che puoi usare in moltissime applicazioni in vari settori. Ciò è importante per la sua capacità di resistere ad alte temperature, autolubrificarsi e avere buone proprietà termiche.
Possiamo analizzare la sua applicazione in base ai componenti che possiamo ricavarne. Alcuni di essi includono:
- Sedi valvole a sfera
- Vari tipi di boccole e cuscinetti
- Realizzazione di palette utilizzate in varie pompe industriali
- Fabbricazione di parti speciali
- Varie guarnizioni come superfici di tenuta meccaniche e anelli di tenuta in applicazioni criogeniche
- Piastre antiusura
Conclusione
La grafite di carbonio può offrire un'ampia varietà di vantaggi quando utilizzata nelle tue applicazioni. Con il loro legame carbonioso che può resistere ad alte temperature, combinano vari elementi di carbonio e grafite.
Prende la caratteristica autolubrificante della grafite e la unisce alla resistenza e all'usura del carbonio. Possono essere potenziati con vari impregnanti per darti un materiale formidabile con eccellenti caratteristiche chimiche e meccaniche.
Ulteriori risorse:
Grafite – Fonte: WIKIPEDIA
Proprietà della grafite – Fonte: BRITANNICA
