Quando la grafite è esposta ad alte temperature, subisce diversi cambiamenti significativi. Questi cambiamenti influenzano le sue proprietà in vari modi, rendendola più utile o più vulnerabile a seconda delle condizioni.
Cosa succede alla grafite alle alte temperature? 5 cambiamenti chiave spiegati
1. Ossidazione a temperature elevate
La grafite è sensibile all'ossigeno. Se esposta all'aria a temperature intorno ai 500°C (932°F), inizia a ossidarsi. Questo processo può essere piuttosto rapido e, in determinate condizioni, può portare a una perdita di massa fino all'1% al giorno. L'esposizione prolungata a queste condizioni provoca l'assottigliamento della grafite, portando infine al cedimento strutturale.
2. Resistenza meccanica e cambiamenti strutturali
È interessante notare che la grafite diventa più forte quando viene riscaldata da temperatura ambiente a 2.000 °C. Ciò è dovuto alla riduzione della resistenza interna della grafite. Ciò è dovuto alla riduzione delle tensioni interne che si verificano a temperature più basse, con conseguente aumento della resistenza meccanica del materiale. Questa maggiore robustezza consente di realizzare progetti più piccoli e meno sistemi di supporto, il che può portare a lotti più grandi nelle applicazioni industriali.
3. Conducibilità termica ed elettrica
Le barre di grafite per riscaldamento presentano una conducibilità termica ed elettrica molto elevata. La conducibilità termica della grafite è superiore a quella di metalli comuni come ferro, piombo e acciaio e aumenta con la temperatura fino a un certo punto, dopodiché diminuisce. Anche la conducibilità elettrica delle barre di grafite è notevolmente elevata, essendo quattro volte superiore a quella dell'acciaio inossidabile e due volte superiore a quella dell'acciaio al carbonio.
4. Processo di grafitizzazione
Il processo di grafitizzazione comporta la trasformazione strutturale del carbonio da uno stato disordinato a una forma cristallina altamente ordinata di grafite. Questa trasformazione è avviata da un trattamento termico in atmosfera inerte fino a 3000 °C. Inizialmente, il materiale di carbonio contiene piccoli domini di molecole di grafene. Con l'aumento della temperatura, questi domini crescono e si allineano, portando alla formazione di grandi strati rettilinei di grafite. Le prime fasi della grafitizzazione si verificano tra 1900 °C e 2000 °C, con conseguente riduzione delle distanze tra gli strati, indicando una struttura più ordinata.
5. Riassunto degli effetti delle alte temperature sulla grafite
In sintesi, le alte temperature influenzano la grafite inducendo l'ossidazione, aumentando la resistenza meccanica, migliorando la conducibilità termica ed elettrica e promuovendo il processo di grafitizzazione, che trasforma il materiale in uno stato più ordinato e strutturalmente perfetto.
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