مواد مواد الجرافيت هي مواد وظيفية مكونة من الجرافيت كمواد أساسية وتتفاقم مع المكونات المساعدة الأخرى. يتم استخدامها على نطاق واسع في الختم ، والتشحيم ، والتوصيل الكهربائي ، ومقاومة التآكل. يعتمد أدائها الأساسي بشكل أساسي على تكوين ونسبة مكوناتها الرئيسية ، وخاصة جودة الجرافيت نفسه والإضافات التي تتفاقم بها.
الجرافيت: المكون الرئيسي لحشو الجرافيت
الجرافيت هو المكون الأساسي لحشو الجرافيت ، ويتضمن عادة 60 ٪ إلى 95 ٪ من الصيغة الإجمالية ، مع نسبة محددة حسب متطلبات التطبيق. يمكن استخدام كل من الجرافيت الطبيعي والاصطناعي كمواد خام ، لكن هياكلها المجهرية وخصائصها تختلف. يحتوي الجرافيت الطبيعي (مثل Graphite Flake) على بنية بلورية ذات طبقات مع روابط دقة ضعيفة ، مما يجعل من السهل التخلص من تزييت الذات -. على النقيض من ذلك ، فإن الجرافيت الاصطناعي (مثل الجرافيت المرتفع - درجة حرارة البترول الكتبطية - يعتمد بشكل عام على أناء وله محتوى أقل من الشوائب ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب الاستقرار الكيميائي الصارم.
خصائص الجرافيت الممتازة تجعله حشوًا أساسيًا:
1.
تزييت Self -: تنزلق طبقات الجرافيت بسهولة بين بعضها البعض ، مما يقلل من التآكل تحت الاحتكاك الجاف أو شروط التشحيم المنخفضة-.
2.
مقاومة درجات الحرارة العالية: يمكن أن يعمل الجرافيت بشكل ثابت يصل إلى حوالي 450 درجة في الهواء وحتى أكثر من 3000 درجة في الغاز الخامل.
3.
الاستقرار الكيميائي: يعرض الجرافيت مقاومة جيدة لمعظم الوسائط الكيميائية ، باستثناء الأحماض المؤكسدة القوية (مثل حمض النيتريك المركّز وحمض الكبريتيك).
4.
الموصلية: الجرافيت لديه توصيل إلكتروني ممتازة ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الموصلة أو التطبيقات المضادة للأنسطية.
المكونات المساعدة: مفتاح تحسين الأداء العام
على الرغم من أن الجرافيت هو المكون الأساسي ، إلا أن مواد الحشو الجرافيت النقية غالباً ما تكافح لتلبية متطلبات ظروف التشغيل المعقدة. لذلك ، غالبًا ما تتم إضافة المكونات المساعدة لتحسين أدائها. وتشمل المكونات المساعدة الشائعة:
1. المجلدات (مثل الراتنجات أو المطاط أو أكاسيد المعادن)
تعمل المجلدات على تعزيز القوة الميكانيكية وقابلية تشكيل مواد الحشو الجرافيت ، مما يجعلها مناسبة لتقنيات المعالجة المختلفة (مثل القول أو البثق أو التشريب). على سبيل المثال:
• المجلدات الراتنج (مثل راتنجات الفينول وراتنجات الإيبوكسي): فهي تزيد من صلابة الحشو والمقاومة الكيميائية ، مما يجعلها مناسبة للختم الثابت.
• المجلدات المطاطية (مثل مطاط النتريل وفلوروببر): تعزيز المرونة وأداء الختم الديناميكي ، مناسبة للأختام الترددية أو الدوارة.
• أكاسيد المعادن (مثل أكسيد الزنك وأكسيد الألومنيوم): تحسين الموصلية الحرارية ومقاومة درجة الحرارة العالية-.
2. تعزيز الألياف (مثل ألياف الكربون والألياف الزجاجية وألياف أراميد):
لتحسين القوة الميكانيكية وارتداء مقاومة مواد الحشو الجرافيت ، غالبًا ما تتم إضافة الألياف المعززة. على سبيل المثال:
• ألياف الكربون: يجمع بين القوة العالية وعالية - مقاومة درجة الحرارة ، مناسبة لبيئات ختم الضغط العالية- وبيئات ختم الضغط العالية -.
• الألياف الزجاجية: تكلفة منخفضة ويحسن مقاومة الحشو المسيل للدموع.
• ألياف أراميد: يوفر مقاومة عالية للغاية للارتداء وقوة الشد ، ومناسبة لظروف التشغيل القصوى.
3. مواد التشحيم الصلبة (مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم والبوليتوليورو إيثيلين (PTFE))
في بعض تطبيقات الاحتكاك السريع -
• ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MOS₂): أداء ممتاز تحت درجات الحرارة العالية والأحمال العالية ، وغالبًا ما يستخدم مع الجرافيت.
• polytetrafluoroethylene (PTFE): لديه معامل منخفض للغاية من الاحتكاك وهو مناسب لتطبيقات الختم التي تتطلب احتكاك منخفض.
تكوين تعديل مواد الحشو الجرافيت الخاصة
يمكن تصميم تكوين مواد الحشو الجرافيت لتناسب تطبيقات مختلفة:
• تآكل - مواد الحشو الجرافيت المقاومة: تتم إضافة مساحيق معدنية مثل النيكل والفضة لتحسين المقاومة الحمضية والقلوية.
• مواد الحشو الجرافيت الموصل: يتم زيادة نقاء الجرافيت وإضافة مسحوق النحاس أو الأنابيب النانوية الكربونية لتعزيز الموصلية.
• High-Purity Graphite Fillers: High-purity (>99 ٪) يتم استخدام الجرافيت الاصطناعي لتقليل الشوائب ، وتلبية متطلبات أشباه الموصلات والصناعات النووية.
تتكون مواد الحشو الجرافيت بشكل أساسي من الجرافيت ، مع تحسين الأداء من خلال النسبة العلمية للمواد الإضافية مثل المجلدات ، والألياف المعززة ، ومواد التشحيم الصلبة. يعتمد الأداء النهائي على نوع الجرافيت (الطبيعي أو الاصطناعي) ، ونقهته ، واختيار المكونات المركبة. مع التطورات في التكنولوجيا الصناعية ، سيصبح تكوين مواد الحشو الجرافيت أكثر دقة لتلبية المتطلبات الصارمة للفضاء والطاقة والكيميائية ، والمعدات النهائية العالية-.
