گرافیت

گرافیت حالت کریستالی کربن می باشد که در این ماده اتم ها در آرایش هگزاگنال در کنار هم قرار می¬گیرند. گرافیت پایدارترین حالت کربن در شرایط استاندارد می باشد که در طبیعت هم قابل یافت است.

در ساختار منظم گرافیت، شش اتم کربن با پیوند کئووالانس با هم متصل هستند و بین هرکدام از این صفحات ششتایی، پیوند واندروالس قرار دارد. از این جهت گرافیت هادی الکتریسیته بوده و کاربردهای فراوانی خواهد داشت.

گرافیت یکی از اشکال کربن ( آلوتروپ کربن ) می باشد و از منابع طبیعی به دست می آید یا از انواعی از زغال سنگ که دارای درصد بالایی کربن می باشد تهیه می شود. گرافیت را سرب سیاه نیز می نامند.

این ماده یک جامد لایه لایه می باشد که لایه های آن شش ضلعی هستند.گرافیت در شکل های مختلفی یافت و با روش های متفاوتی نیز تولید می شود. در حالت کلی دو نوع گرافیت وجود دارد:

1. گرافیت طبیعی

2. گرافیت مصنوعی ( سنتزی )

یک مادۀ خاکستری تیره می باشد که شبکه پیوندی میان اتم های آن مانند شبکه پیوند فلزی است و به همین خاطر مانند روغن ها خصوصیت روان کنندگی دارد.

این رنگدانه قدرت پوشانندگی خوبی دارد و ساختمان ورقه ای توأم با سطح خاص آن باعث شده است که قدرت گسترش بالایی داشته باشد. این رنگدانه وقتی که در رنگ به کار می رود لایه های کربن به موازات سطح قرار گرفته و با یکدیگر تداخل می کنند، در نتیجه فیلم چنین رنگی در مقابل نفوذ آب بسیار مقاوم است.

همچنین گرافیت به شدت به فلزات واقع در سطوح رنگ شده می چسبد و در نتیجه موجب افزایش چسبندگی رنگ به سطح می شود. گرافیت در رنگ های تعمیراتی برای اسکلت های فولادی و همچنین آستریهای اولیه ممانعت کننده از خوردگی به کار می رود که در کاربرد دوم اغلب با سرب قرمز مخلوط می شود. گرافیت همچنین در روان کننده ها و مغز مداد کاربرد دارد.

فراورده های گرافیتی

شامل لوله گرافیتی ، میله گرافیتی ، بلوک گرافیتی ، پلیت گرافیتی ، قطعات گرافیتی ، گرافیت اکسترود شده ، المنت و الکترودگرافیتی ، کامپوزیت گرافیتی ، پوشش و عایق گرافیتی ، بیرینگ گرافیتی ، پودر و گرانول گرافیتی ، گرافیت ایزواستاتیک می باشد.

مصرف گرافیت در صنعت متالورژی:

کربن مهمترین عنصر آلیاژی در فولادهاست. در حقیقت این ماده کنترل کننده مقدار زیادی از خواص مکانیکی در فولادها، چدن ها و به طور کلی قطعات پایه فولادی میباشد.

وقتی در یک آلیاژ آهنی بیش از ۲ درصد کربن وجود داشته باشد، آن آلیاژ در گروه چدن ها قرار میگیرد.

فولادهای کربنی به ترتیب با کمتر از ۰٫۸% کربن و بیشتر از آن به گروه هیپو یوتکتوئید و هایپر یوتکتوئید تقسیم می-شوند. البته این درصد کربن با اضافه شدن مواد آلیاژی دیگر نظیره منگنز و سیلیسکون تغییر خواهد کرد.

همچنین کاهش مقدار کربن کمک به ایجاد ساختار میکروآلیاژی میکند.

معمولا در تولید فولاد از مواد اولیه مانند چدن، آهن افنجی، قراضه و فروآلیاژ ها استفاده شده که کربن مورد نیاز ذوب را بیش از حد مورد نیاز تولید میکنند.

ولی در مواردی که با دمش اکسیژن و یا نگهداری بیشتر ذوب در کوره، فرایند با کربن سوزی همراه است، باید از گرافیت به عنوان ماده اولیه کربنی استفاده کرد.

مواد دیگر رایج که جهت افزایش کربن استفاده می شوند عبارت اند از:

• گرافیت (کم سلفور و پر سلفور)

• کک

• پترولیوم کک

• ذغال آنتراسیت

• و چدن¬های کربن بالا

گرافیت موجود صرف نظر از مقدار سولفور، در دو نوع طبیعی و ستنزی موجود است. نوع طبیعی بیشتر در آمریکای شمالی استفاده شده و دلیل آن وجود منابع بزرگ از این ماده در مکزیک میباشد.

گرافیت سنتزی دارای مقدار کمتر کربن (۷۰ تا ۸۵ درصد) نسبت به گرافیت مصنوعی بوده و ناخالصی¬های آن بیشتر است و به همین دلیل استفاده از آن در صنعت محدود میباشد.

کک متالورژی نیز یکی دیگر از منابع کربن است. این ماده دارای Ash بالا (حدود ۹%) که این ماده را برای خیلی از مصارف نامطلوب میکند.

همچنین پترولیوم کک کلسینه شده نیز دارای ۹۹ درصد کربن می¬باشد، سولفور موجود در این ماده معمولا بیشتر از ۱ % می-باشد. هر دو نوع کک مذکور دارای ساختار آمورف هستند.

نقش کربن در ساختار فولاد:

با افزایش درصد کربن در فولاد، سختی و سختی پذیری آن افزایش مییابد. کربن در ساختار فریتی فولاد باعث تشکیل پرلیت و در مقادیر بیشتر سمانتیت خواهد شد.

افزایش کربن همچنین باعث کاهش تافنس و چقرمگی فولاد میشود و به همین دلیل مقدار کربن در فولادهای ساختمانی بین ۰٫۲ تا ۰٫۳۵ درصد نگه داشته میشود.