Grafit, kristalin, düşük yoğunluklu ve yumuşak bir karbon allotropudur.
Kompozisyon: Karbon
Renk: koyu gri siyah
Çizgi (toz haline getirildiğinde renk): Siyah gri
Parlaklık: metalik donuk
Kristal yapısı: altıgen
Bölünme: bazal yönde 1,1
Kırık: Conchoidal (pürüzsüz kabuk gibi)
Yoğunluk: 119-144 lb / ft3 (1.9*103 – 2.3*103 kg / m3)
Sertlik: 1-2 Mohs
Erime sıcaklığı: yaklaşık 6420 ° F (3550°C)
Adı kökeni: Antik Yunan grafininden (yazmak için).
Diğer ayırt edici özellikler:
Dokunduğunda parmakta lekeler bırakır;
Yağlı gibi hissettiriyor;
Elektrik iletir;
İnce gevrek katmanlardan oluşur, hafif esnek veya kırılgandır.
Grafit yapısı;
Grafitin kristal yapısı, ince paralel plakalar (grafenler) oluşturan altıgen halkalardan oluşur. Her karbon atomu, plakadaki diğer üç atoma kovalent olarak bağlanır (iki bağ arasındaki açı 120° ‘dir). Bir karbon atomunun en dıştaki elektron kabuğu, üçü kovalent bağlar tarafından kullanılan dört valans elektronuna sahiptir. İleri değerlik elektron kovalent bağlara katılmaz ve elektron kabuğundan bir elektrik alanı ile kolayca yerinden edilebilir. Bu elektronlar grafitin elektriksel iletkenliğini sağlar.
Grafenler zayıf Van der Waals kuvvetleri tarafından birbirine bağlanır. Grafitin katmanlı yapısı, paralel grafen plakaların kaymasını sağlar. Plakalar arasındaki zayıf bağ, grafitin yumuşaklığını ve kendinden yağlama özelliklerini belirler.
Resim http://www.substech.com sitesinden alınmıştır.
Grafit nadiren monokristaller şeklinde bulunur. Grafitin çoğu pul veya topaklar şeklinde oluşur. İnce taneli yapıya sahip grafit malzeme bazen amorf grafit olarak adlandırılır, ancak gerçekten amorf fakat mikrokristalin değildir.
Grafitin sınıflandırılması;
a) Doğal grafit;
Pul grafit. Pul grafit çoğunlukla metamorfik kayaçlarda (başka bir tür kayaya dönüşen kayalar) farklı boyutlarda Küçük Düz parçacıklar (pullar) şeklinde oluşur: ince (50 mikron çap, 1 mikron kalınlığında) büyük (800 mikron çap, 150 mikron kalınlığında). Yapılarının kristal mükemmelliğinin yüksek derecesi nedeniyle grafit pulları, teorik maksimuma yakın yoğunluk, elektrik iletkenlik ve termal iletkenlik değerlerine sahiptir. Pul grafit mükemmel sıkıştırma özelliklerine sahiptir (düşük bahar-geri). Pul grafit %90-95 karbon içerir. Pul grafit tedarikçileri Çin, Brezilya, Kanada, Norveç, Madagaskar, Ukrayna, Zimbabwe’dir.
Damar grafiti. Ven grafit (kristal topak grafit) dolgu fissür olarak oluşur (kayalarda çatlaklar) damarlarda metamorfik veya magmatik (erimiş magma veya lav oluşan) kayalar. Damar grafiti, ince tozdan 4” (10 cm) ebattaki topaklara kadar çeşitli şekil ve boyutlara sahip olabilir. Ven grafit yapısı, malzemenin mükemmel elektriksel iletkenliğini sağlayan yüksek kristalliğe sahiptir. Ven grafit tedarikçisi Sri Lanka’dır.
Mikrokristalin (kriptokristalin) grafit. Mikrokristalin grafit (ticari olarak “amorf” olarak adlandırılır), metamorfik Antrasit kömür yataklarında veya son derece ince kristal taneler şeklinde karbonlu tortul kayaçlarda oluşur. Mikrokristalin (”amorf”) grafit tedarikçileri Çin, Meksika, Kore, Zimbabwe’dir.
b) Sentetik grafit;
Birincil sentetik grafit. Prymary sentetik grafit, petrol kok kömürü ve kömür katranı zift karışımlarından yapılır. Karbon içeren karışım, 4530 – 5430°F (2500 – 3000°C) sıcaklıklarda oksijen yokluğunda ısıtılır. Bu koşullar altında amorf karbon kristal grafite dönüşür. Birincil sentetik grafit karbon yüksek saflıkta: 99.5% daha fazla.
İkincil sentetik grafit. İkincil sentetik grafit, grafit parçaları, grafit hurda, arızalı ve kırık grafit detaylarının işleme işlemlerinden kurtarılır. İkincil sentetik grafit, birincil ürüne göre daha düşük kristallik ve daha düşük saflığa sahiptir.
Grafit lifleri. Grafit liflerin imalatı, polimer öncü liflerin pirolize (oksijen yokluğunda ısı ile kimyasal ayrışma) dayanır. Poliakrilonitril (PAN), rayon, pitch, kömür katranı veya petrol asfalt öncü malzemeler olarak kullanılabilir. Isıl sonuçlarında dönüşümün habercisi polimer malzeme grafit, kristal katman hangi bağlantılı demetleri odaklı boyunca elyaf. Ortaya çıkan grafit lifleri son derece anysotropic (mekanik mukavemet lifler yönünde diğer yönlere göre çok daha yüksektir). Grafit lifler, karbon Fiber takviyeli polimer kompozitlerin üretimi için kullanılır .
Grafitin özellikleri;
Yüksek erime sıcaklığı;
Düşük yoğunluklu (çeliğin %28’i);
Düşük sertlik;
Düşük sürtünme ve kendinden yağlama;
Metalik olmayan malzemelerin en yüksek elektriksel iletkenliği;
Yüksek ısı iletkenliği;
Düşük termal genleşme katsayısı;
Yüksek termal şok direnci;
Sıcaklık artışı ile artan yüksek mukavemet( özellikle basınç dayanımı);
Yüksek sertlik (esneklik modülü);
Yüksek termal direnç. Grafit, atıl atmosferde mutlak sıfırdan 6330°f’ye (3500°C) sıcaklık aralığında çalışabilir.
Yüksek kimyasal ve korozyon direnci;
İyi oksidasyon direnci. Grafit, 932°F (500°C) ‘ de oksitleyici atmosferde oksitlenmeye başlar.
X-ışınları için düşük emilim katsayısı.
Nötron radyasyonuna karşı yüksek direnç. Grafit hızlı nötronları yavaşlatır ve termal nötronları dağıtır.
Yüksek radyasyon emisyonu;
Radyo dalgalarını absorbe etme yeteneği;
Sıvı metallerle düşük ıslanabilirlik;
İyi işlenebilirlik;
Gazları emme yeteneği.
Grafitin özellikleri, sanayi, ulaştırma, enerji, savunma, tıp, bilim alanındaki uygulamalarının çeşitliliğini belirler.
