Quando la grafite viene riscaldata, subisce diversi cambiamenti significativi.
Questi cambiamenti riguardano principalmente l'ossidazione, la trasformazione strutturale e le alterazioni delle proprietà meccaniche.
Cosa succede alla grafite quando viene riscaldata? 4 trasformazioni chiave spiegate
1. Ossidazione della grafite a temperature elevate
La grafite è sensibile all'ossigeno e inizia a ossidarsi quando viene esposta all'aria a temperature intorno ai 500°C (932°F).
Questo processo di ossidazione può portare a una rapida perdita di massa, fino all'1% al giorno in determinate condizioni.
L'esposizione prolungata all'aria ad alte temperature provoca l'assottigliamento del materiale grafitico, portando infine al cedimento strutturale.
Questa sensibilità all'ossidazione limita l'uso pratico della grafite in aria ad alte temperature e ne rende necessario l'impiego in atmosfere controllate o inerti.
2. Cambiamenti strutturali attraverso il trattamento termico
Il trattamento termico della grafite, in particolare in atmosfera inerte, può portare a significativi cambiamenti strutturali noti come grafitizzazione.
Questo processo comporta un riscaldamento della grafite fino a 3000°C, che fa sì che le strutture di carbonio disordinate o difettose si riorganizzino in un cristallo 3D più perfetto di grafite pura.
Gli strati di grafite, noti come grafene, diventano più allineati e più grandi, migliorando la qualità complessiva e le proprietà della grafite.
Questa trasformazione migliora le prestazioni del materiale nelle applicazioni high-tech.
3. Cambiamenti nelle proprietà meccaniche
Il riscaldamento della grafite da temperatura ambiente a temperature elevate, come 2.000 °C, può portare a un aumento della sua resistenza meccanica.
Questo comportamento controintuitivo è dovuto alla diminuzione delle tensioni interne del materiale all'aumentare della temperatura.
Questo effetto di rafforzamento consente di utilizzare la grafite in applicazioni più impegnative, dove può sostenere carichi maggiori e sopportare temperature più elevate senza cedimenti.
Inoltre, questa proprietà consente di progettare sistemi più piccoli ed efficienti che richiedono meno supporto.
4. Conducibilità elettrica e termica
Il riscaldamento delle barre di grafite ne aumenta anche la conducibilità termica ed elettrica.
La conducibilità termica della grafite è superiore a quella di molti metalli comuni e aumenta con la temperatura, contrariamente alla maggior parte dei materiali in cui diminuisce.
Allo stesso modo, la conducibilità elettrica della grafite è notevolmente elevata, essendo diverse volte superiore a quella dell'acciaio inossidabile e dell'acciaio al carbonio.
Queste proprietà rendono la grafite una scelta eccellente per gli elementi riscaldanti e altre applicazioni che richiedono un trasferimento di calore e una conduzione elettrica efficienti.
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