Grafit: właściwości, rodzaje i zastosowanie

Mariusz Siwko
24.06.2020

Narzędzia, części maszyn i urządzeń, wymienne elementy o konkretnych właściwościach tworzą tak szeroką grupę, że wymagają zastosowania rozmaitych materiałów. Obok stali nierdzewnej, hartowanej czy metali kolorowych do tego celu wykorzystuje się też nowoczesne rozwiązania materiałowe, które gwarantują wysoką wytrzymałość na różne czynniki związane ze środowiskiem pracy. Jednym z nich jest grafit.

Co to jest grafit?

Grafit jest surowcem naturalnym pozyskiwanym ze skał metamorficznych. Minerał ten jest alotropową odmianą węgla, jedną z trzech obok diamentu i fulerytu. Powstawanie grafitu w przyrodzie jest efektem wielu milionów lat oddziaływania sił natury na bogate w węgiel substancje organiczne. Jest on ostatnim etapem tego procesu trwającym znacznie dłużej, niż powstawanie pokładów węgla.

Rodzaje grafitu

Grafit – materiał doskonale znany ze szkolnych ołówków ­– może przyjmować różne formy, które warunkują jego szerokie zastosowanie w przemyśle, często kluczowe dla pracy maszyn. Najpopularniejszy podział pozwala wyodrębnić trzy rodzaje grafitu:

  • grafit naturalny – powstający w naturalnych procesach geologicznych trwających miliony lat, występujący w formie krystalicznej (czarny) lub płatkowej (srebrny),
  • grafit ekspandowany – utworzony w procesie eksfoliacji kryształów grafitu interkalowanego atomami siarki lub fluoru, charakteryzujący się miękką i elastyczną strukturą,
  • grafit syntetyczny – produkowany z koksu naftowego, antracytu lub innych materiałów o wysokiej zawartości węgla poprzez ich mielenie, a następnie formowanie, spiekanie i grafityzowane w temperaturze powyżej 2500°C.

Właściwości i obróbka grafitu

Grafit ma budowę krystaliczną i kruchą strukturę. Jednocześnie bardzo dobrze przewodzi ciepło i jest odporny na wysokie temperatury. Dzięki temu sprawdza się jako materiał na elementy konstrukcji pracujące w takim środowisku, takie jak uszczelnienia czy części łożysk. W praktyce stosuje się tzw. grafit techniczny, który składa się z niewielkich monokryształów. Materiał ten ma wysoką odporność na ściskanie. Jednocześnie nie jest wytrzymały na ścieranie, ścinanie i rozciąganie. Cechują go również bardzo duża twardość i łupliwość.

W kontekście zastosowań jest też istotne czy grafit przewodzi prąd. Materiał ten jest dobrym przewodnikiem, jednak charakteryzuje go anizotropia – zdolność przepływu prądu uzależniona od kierunku. Wynika to z układu kryształów w warstwowej strukturze materiału. Anizotropia dotyczy też innych właściwości fizycznych grafitu.

Inną istotną cechą grafitu jest jego odporność na większość związków chemicznych. Materiał ten ma niską reaktywność, dzięki której nie wchodzi w związki z tymi substancjami. Grafit dobrze toleruje kontakt z niemal wszystkimi kwasami i zasadami. Wyjątkami są m.in. ciekły tlen oraz woda królewska. Reaktywność materiału zwiększa się w temperaturze powyżej 450°C. W takich warunkach może on tworzyć węgliki. Charakterystyczne dla niego jest też zjawisko sublimacji, czyli przejście ze stanu stałego w gazowy z pominięciem fazy ciekłej.

Obróbka grafitu jest realizowana na obrabiarkach CNC. Problemem, jaki wiąże się z takim procesem jest znaczne pylenie materiału. Aby ograniczyć jego skutki stosuje się m.in. specjalnie przystosowane frezarki oraz metodę frezowania „na mokro”, czyli polewania powierzchni dielektrykiem.

Zobacz grafit przemysłowy: https://www.kronosedm.pl/grafit

Gdzie stosuje się grafit?

Jednym z powszechnych zastosowań grafitu jest suche smarowanie maszyn. W procesie jest wykorzystywana kruchość materiału, który pod wpływem nacisku pracujących części jest rozbijany na mikroskopijne drobinki. Zachowują one wysoką odporność na ściskanie tworząc warstwę ochronną pomiędzy elementami łożyska czy kół zębatych.

Zastosowanie grafitu jest bardzo szerokie i zależy między innymi od jego odmiany. Grafit prasowany wykorzystuje się w produkcji:

  • elementów pieców próżniowych,
  • elementów maszyn wirujących,
  • form odlewniczych,
  • aparatury chemicznej,
  • matryc dla elektroniki,
  • wysokotemperaturowych elementów grzewczych,
  • rafinatorów itp.

Produkuje się też grafit na elektrody, naczynia żaroodporne, wkłady do ołówków, cegły ogniotrwałe czy trzonki kijów golfowych. W produkcji środków chemicznych grafit jest wykorzystywany jako barwnik farb chroniących przed korozją. Poza suchymi smarami produkuje się z niego środki polerskie oraz stosuje do zbrojenia kompozytów. Pręty grafitowe są też częścią reaktorów jądrowych.

Artykuł partnera

Zgłoś swój pomysł na artykuł

Więcej w tym dziale Zobacz wszystkie

Ważne: Użytkowanie Witryny oznacza zgodę na wykorzystywanie plików cookie. Szczegółowe informacje w Polityce prywatności.