黒鉛が高温にさらされると、黒鉛はいくつかの大きな変化を起こす。これらの変化は黒鉛の特性に様々な影響を与え、条件によって黒鉛をより有用なものにしたり、より脆弱なものにしたりする。
高温で黒鉛に何が起こるのか？5つの主な変化について説明する。
1.高温での酸化
黒鉛は酸素に弱い。500℃前後の温度で空気に触れると、酸化し始める。このプロセスは非常に速く、特定の条件下では1日あたり最大1％の質量減少につながる。このような状況に長時間さらされると、グラファイトが薄くなり、最終的には構造的な欠陥につながる。
2.機械的強度と構造変化
興味深いことに、黒鉛は室温から2,000℃まで加熱されると強度が増す。これは、低温で発生する内部応力が減少し、材料の機械的強度が高まるためである。この強化された堅牢性により、より小型の設計とより少ない支持システムが可能になり、工業用途ではより大きなバッチサイズにつながる。
3.熱伝導性と電気伝導性
加熱用黒鉛棒は、非常に高い熱伝導率と電気伝導率を示します。黒鉛の熱伝導率は、鉄、鉛、鋼のような一般的な金属よりも高く、ある点までは温度とともに増加し、その後は減少する。黒鉛棒の電気伝導率も著しく高く、ステンレス鋼の4倍、炭素鋼の2倍である。
4.黒鉛化プロセス
黒鉛化プロセスは、炭素が無秩序な状態から高度に秩序化された結晶形態の黒鉛へと構造変化することを含む。この変態は、不活性雰囲気中、3000℃までの熱処理によって開始される。最初は、炭素材料はグラフェン分子の小さなドメインを含んでいる。温度が上昇するにつれて、これらのドメインは成長し、整列し、グラファイトの大きな直線層が形成される。グラファイト化の初期段階は、1900 °Cから2000 °Cの間に起こり、その結果、層間距離が縮まり、より秩序立った構造になる。
5.黒鉛の高温効果のまとめ
まとめると、高温は黒鉛に影響を与え、酸化を誘発し、機械的強度を高め、熱伝導性と電気伝導性を向上させ、黒鉛化プロセスを促進し、材料をより秩序立った構造的に完全な状態に変化させる。
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