در طبیعت ماده‌های ارزشمندی وجود دارد که به ما در صنایع مختلف کمک می‌کند تا محصولات بهتر و مقاوم‌تری بسازیم. گرافیت از جمله ماده‌های ارزشمند طبیعی است که کاربردهای بینظیر آن باعث شده تا به یکی از محبوب‌ترین ماده‌ها در صنایع مختلف تبدیل شود. اکنون با ورود به این صفحه، به مطلبی ارزشمند دسترسی دارید که در آن تمام اطلاعات راجع به گرافیت، کاربردهای آن و انواع مختلف آن ارائه شده است. با ما همراه باشید.
گرافیت
گرافیت چیست؟ یک جامد بلوری است که از شبکه‌ای از حلقه‌های بنزنی تشکیل شده و به دلیل ساختار شش‌ضلعی منظم اتم‌های کربن، خواص فیزیکی و شیمیایی متمایزی دارد. همین موضوع، گرافیت را به یکی از محبوب‌ترین ماده‌های طبیعی موجود تبدیل کرده است؛ به طوری که از این ماده‌ی نرم، سیاه و بلوری در بسیاری از صنایع به طور وسیع استفاده می‌شود. بزرگترین تولیدکنندگان گرافیت در جهان عبارت‌اند: از چین، هند، برزیل و کانادا. این کشورها دارای ذخایر عظیمی از گرافیت هستند که به صورت صنعتی استخراج و فرآوری می‌شود.
نحوهٔ تشکیل گرافیت
گرافیت عمدتاً در اثر دگرگونی سنگ‌های رسوبی حاوی کربن، مانند ذغال سنگ، تشکیل می‌شود. در طی فرآیند دگرگونی و در اثر فشار و گرمای شدید، لایه‌های کربن در این سنگ‌ها به صورت منظم روی هم قرار گرفته و ساختار شش‌ضلعی مشخص گرافیت را ایجاد می‌کنند. برخی از عوامل موثر در تشکیل گرافیت عبارتند از:
- دما و فشار بالا: دما و فشار بالا، پیوندهای کربن را شکسته و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در یک ساختار منظم قرار گیرند.
- زمان طولانی: فرآیند تشکیل گرافیت بسیار طولانی است و ممکن است میلیون‌ها سال طول بکشد.
- وجود عناصر دیگر: حضور عناصر دیگر مانند سیلیسیم، آهن و آلومینیوم می‌تواند بر کیفیت و نوع گرافیت تشکیل شده تأثیر بگذارد.
کاربرد گرافیت در صنایع مختلف
همانطور که گفته شد، گرافیت از ماده‌های بسیار محبوب در صنعت است و شرکت‌ها علاقهٔ بسیار زیادی به این ماده نشان می‌دهند. ویژگی‌هایی که این مادهٔ شگفت انگیز دارد باعث شده تا برای کاربردهای مختلف در انواع صنایع مورد استفاده قرار گیرد. برخی از مهمترین کاربردهای گرافیت عبارتند از:
گرافیت در صنعت باتری
گرافیت به دلیل هدایت الکتریکی بالا و توانایی ذخیره یون‌های لیتیوم، ماده‌ای ایده‌آل برای استفاده در آند باتری‌های لیتیوم-یونی است. این باتری‌ها در طیف وسیعی از دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، از تلفن همراه گرفته تا خودروهای برقی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، گرافیت در باتری‌های سدیمی نیز کاربرد دارد. این باتری‌ها به عنوان جایگزینی برای باتری‌های لیتیوم-یونی در نظر گرفته می‌شوند.
گرافیت در صنعت فولاد
در صنعت فولاد، گرافیت به عنوان یک عامل کربن‌زدا استفاده می‌شود. با افزودن گرافیت به مذاب آهن، می‌توان میزان کربن موجود در فولاد را کنترل کرده و خواص مکانیکی آن را بهبود بخشید. گرافیت کم سولفور یا کک گرافیتی یکی از مهمترین انواع گرافیت است که برای این منظور در صنعت فولاد و ریخته‌گری از آن استفاده می‌شود. همچنین، گرافیت به عنوان روان‌کننده در قالب‌های اکستروژن فولاد استفاده می‌شود تا فرآیند شکل‌دهی فولاد را تسهیل کند.
گرافیت در تولید ماده‌های نسوز
گرافیت به دلیل مقاومت بسیار بالای خود در برابر حرارت و شوک حرارتی، در تولید مواد نسوز کاربرد گسترده‌ای دارد. از جمله این مواد می‌توان به آجرهای نسوز برای پوشش داخلی کوره‌ها و دیگ‌های بخار، قالب‌های ریخته‌گری برای فلزات با دمای ذوب بالا و بوته‌های ذوب فلزات اشاره کرد. همچنین ساخت چدن نسوز و با کیفیت بدون حضور گرافیت تقریباً ناممکن خواهد بود.
گرافیت در صنعت روانکاری
ساختار لایه‌ای گرافیت به آن خاصیت روانکاری بسیار خوبی می‌بخشد. به همین دلیل، از پودر گرافیت به عنوان روانکار خشک در قطعات مکانیکی مانند قفل‌ها، یاتاقان‌ها، چرخ‌دنده‌ها و سایر قطعاتی که در معرض سایش و اصطکاک هستند، استفاده می‌شود. گرافیت به عنوان یک روانکار خشک، در محیط‌های با دما و فشار بالا و همچنین در جاهایی که استفاده از روغن یا گریس امکان‌پذیر نیست، بسیار مفید است.
گرافیت در صنعت مدادسازی
یکی از شناخته‌شده‌ترین کاربردهای گرافیت، استفاده از آن در ساخت مغز مداد است. مخلوطی از پودر گرافیت و خاک رس، ماده اصلی تشکیل دهنده مغز مداد را تشکیل می‌دهد. میزان گرافیت در این مخلوط، نرمی و تیرگی خط کشیده شده را تعیین می‌کند.
گرافیت در صنعت الکترونیک
هدایت الکتریکی بالای گرافیت، آن را به ماده‌ای ارزشمند در صنعت الکترونیک تبدیل کرده است. از گرافیت در ساخت الکترودهای باتری‌ها، خازن‌ها، سلول‌های خورشیدی و برخی از اجزای مدارها استفاده می‌شود. همچنین، گرافیت در ساخت کیبوردهای کامپیوتر و نمایشگرهای لمسی نیز کاربرد دارد.
گرافیت در صنعت هسته‌ای
گرافیت به دلیل توانایی کند کردن نوترون‌ها، در برخی از رآکتورهای هسته‌ای به عنوان کند کننده نوترون استفاده می‌شود. این خاصیت گرافیت به کنترل واکنش‌های زنجیره‌ای در رآکتورهای هسته‌ای کمک می‌کند.
گرافیت در صنعت هوافضا
گرافیت به دلیل استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر حرارت بالا، در ساخت قطعات هواپیما مانند ترمزها و بدنه هواپیما استفاده می‌شود. همچنین از گرافیت در ساخت ماهواره‌ها و موشک‌ها نیز استفاده می‌شود.
انواع گرافیت
گرافیت همان ماده سیاه و نرمی که در مغز مداد هم هست، در طبیعت و کارخانه به شکل‌های مختلفی پیدا می‌شود. هر کدام از انواع گرافیت برای کاربردهای مختلف در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. ضمن مطالعهٔ ادامه مقاله که در مورد انواع مختلف گرافیت است، به این نکته دقت کنید که انواع گرافیت مشتق شده از فرآیندهای شیمیایی مصنوعی (مانند کک گرافیتی) در این دسته‌بندی کلی توضیح داده نشده‌اند.
1. گرافیت طبیعی
گرافیت طبیعی از دل زمین بیرون می‌آید و سه نوع اصلی دارد:
- گرافیت پولکی: این گرافیت به شکل پولک‌های ریز است و درصد خلوص بسیاری دارد. در صنایعی که به هدایت الکتریکی بالا نیاز دارند، مانند ساخت انواع باتری و قطعات الکترونیکی، از این نوع گرافیت استفاده می‌شود.
- گرافیت آمورف: این گرافیت در مقایسه با نوع قبلی، ناخالصی‌های بیشتری دارد؛ به همین دلیل ارزان‌تر است و معمولاً در کارخانه‌های فولادسازی و برای ساخت آجرهای نسوز از آن استفاده می‌شود.
- گرافیت وین: این گرافیت خیلی نادر و باکیفیت است. برای صنایع خیلی حساس مثل صنعت هسته‌ای و هوافضا از آن استفاده می‌شود.
2. گرافیت مصنوعی
گرافیت مصنوعی را در کارخانه می‌سازند. دو نوع اصلی آن عبارتند از:
- گرافیت پیرولیتی: این گرافیت خیلی محکم و مقاوم در برابر حرارت است. برای ساخت قطعاتی که باید در دمای خیلی بالا کار کنند، مثل قطعات موشک، از آن استفاده می‌شود.
- گرافیت کامپوزیتی: این گرافیت را با ترکیب گرافیت طبیعی و مواد دیگر می‌سازند. این نوع گرافیت هم محکم است و هم سبک. برای ساخت قطعات صنعتی با استحکام بالا استفاده می‌شود.
کدام گرافیت برای چه کاری مناسب است؟
بستگی به نیاز ما دارد. مثلاً اگر به گرافیتی نیاز داریم که هدایت الکتریکی خوبی داشته باشد، گرافیت پولکی بهترین گزینه است. اما اگر به گرافیتی ارزان‌قیمت برای ساخت آجر نسوز نیاز داریم، گرافیت آمورف مناسب‌تر است.