熱は、主に酸化と構造変化によって黒鉛に影響を与える。
熱は黒鉛に影響を与えるか？4つの重要な洞察
1.高温での酸化
黒鉛は酸素に弱く、500℃前後の温度で空気に触れると酸化し始める。
この酸化プロセスは、特定の条件下では1日あたり最大1%という急速な質量減少につながります。
空気中の高温に長時間さらされると、グラファイトの厚みが失われ、最終的には構造的な欠陥につながる可能性がある。
これを軽減するため、黒鉛は、真空下や不活性雰囲気下など、酸素レベルが低下した環境で使用されることが多い。
このような条件下では、黒鉛は10-2torrで2450℃まで、10-4torrで2150℃まで耐えることができる。
2.熱処理による構造変化
黒鉛の熱処理、特に不活性雰囲気中での3000℃までの熱処理は、黒鉛化につながる。
この過程では、炭素原子が無秩序な構造から、より秩序だった結晶形態へと再配列する。
元の炭素材料にはグラフェン分子の小さなドメインが含まれており、熱処理中にこれが成長して整列する。
この変化により、グラファイトの層がより大きく直線的になり、ハイテク用途の材料特性が向上する。
3.機械的および熱的特性
グラファイト発熱体は、機械的安定性を確保するため、他の材料で作られた発熱体よりも厚く設計されています。
グラファイトの電気抵抗は、断面積が大きくなるにつれて減少し、大電流を流すことができます。
適切な定格電力を維持するため、これらのエレメントは電圧を下げて高電流で動作させます。
グラファイトは高い熱伝導性と電気伝導性を示し、多くの一般的な金属よりも優れています。
興味深いことに、黒鉛の熱伝導率は、ほとんどの材料とは逆に、温度とともに増加する。
炭素黒鉛の電気伝導率は、ステンレス鋼や炭素鋼よりも顕著に高い。
室温から2000℃まで加熱すると、内部応力が減少するため、黒鉛の強度が増す。
この機械的強度の増加により、設計の小型化、サポートシステムの削減が可能となり、工業用途でのバッチサイズの大型化につながる。
4.熱による黒鉛への影響のまとめ
熱は、高温で黒鉛の酸化を引き起こし、黒鉛の機械的および熱的特性を向上させる構造変化を誘発することにより、黒鉛に影響を与える。
黒鉛の劣化を防ぎ、様々な用途で黒鉛の性能を最適化するためには、適切な取り扱いと環境管理が不可欠である。
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