Grafiti İletken Yapan Bağlanma
Bir grafit katmanındaki her karbon atomu, sp2 konfigürasyonu olan düzlemsel altıgen bir düzenlemede üç komşuyla sigma bağları oluşturmak için dört değerlik elektronundan üçünü kullanır. Dördüncü elektron, katmanın üstünde ve altında uzanan, lokalize olmayan bir pi yörüngesini işgal eder ve bu elektronlar, katman boyunca serbestçe hareket edebilir. Grafitin elektriksel iletkenliğinin kökeni budur: bir yalıtkan yerine yarı metal gibi davranır ve grafit elektrotun seramik iletkeni tahrip edecek bir ark akımını geçebilmesinin nedeni budur.
Katmanlı Kafesin Anizotropisi
Katmanlar düzlem içinde güçlü bir şekilde bağlandığı ve düzlemler arasında yalnızca zayıf bir şekilde bağlandığı için, grafitin neredeyse her özelliği yönlüdür. Elektriksel direnç katmanlar boyunca katmanlara göre çok daha düşüktür, termal iletkenlik aynı modeli gösterir ve mekanik dayanım ve termal genleşme de yöne göre farklılık gösterir. Üretilen bir elektrotta kok parçacıkları ekstrüzyon yoluyla daha fazla veya daha az derecede hizalanır, böylece elektrotun kendisi anizotropiktir. Bu nedenle spesifikasyonlar, bir özelliğin eksene paralel mi yoksa dik mi ölçüldüğünü belirtir ve güçlü bir şekilde hizalanan iğne kokunun neden düşük-genleşmeli bir elektrot ürettiğini belirtir.
Termal Davranış ve Süblimleşme
Grafit normal basınçta erimez. Koruyucu bir atmosfer altında yaklaşık 3.650 santigrat derecede süblimleşir; bu, çelik üretim arkında ölçülen 3.000 ila 3.500 santigrat derecenin çok üzerindedir, böylece yük erirken elektrot katı kalır. Grafitin çalışma sıcaklığında metre kelvin başına yaklaşık 100 ila 150 watt aralığındaki yüksek termal iletkenliği, ark ısısını uçtan uzağa yayar ve gövdedeki tepe sıcaklığı sınırlar. Çok yüksek bir süblimleşme noktası ile yüksek iletkenliğin birleşimi, tüm ürünün termal temelini oluşturur.
Direnç ve Joule Isıtma
İyi bir iletken bile akım taşıdığında ısı üretir. Elektrot grafitin elektriksel direnci tipik olarak 5 ila 9 mikro-ohm metre civarındadır ve sütundaki ohmik kayıp, bu dirençle ve akımın karesiyle orantılıdır. Akım çok büyük olduğundan dirençteki küçük bir artış bile elektrotun sıcaklığını önemli ölçüde artırır ve yüksek temas direncine sahip hasarlı bir bağlantı sıcak nokta haline gelir. Kimya ve işleme direnci belirler: daha yüksek grafitleştirme sıcaklığı ve daha iyi kristal düzeni onu düşürür.
Kimyasal Kararlılık ve Oksidasyonun Başlangıcı
Grafit çoğu erimiş metale ve cüruflara karşı kimyasal olarak etkisizdir, bu nedenle çelik banyoda reaksiyona girmeden bekleyebilir. Zayıflığı oksijendir. Havada, ölçülebilir oksidasyon yaklaşık 450 ila 600 santigrat derece arasında başlar ve bu sıcaklığın üzerinde karbon, karbon monoksit ve karbon dioksit oluşturmak üzere oksijen, karbon dioksit ve su buharı ile reaksiyona girer. Bu, fırında yan duvar kaybının mekanizmasıdır. Reaksiyon düşük sıcaklıkta yavaş, yüksek sıcaklıkta hızlıdır; bu nedenle elektrotu daha soğuk tutan ve köpüklü cürufla koruyan fırın uygulaması, elektrot ömrünü doğrudan uzatır.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Grafit neden elektriksel olarak iletkendir?
Çünkü her karbon atomu, katman boyunca uzanan bir pi yörüngesine lokalize olmayan bir elektron katarak yükün altıgen tabakalar içinde serbestçe hareket etmesine olanak tanır.
S: Grafitin süblimleşme sıcaklığı nedir?
Atmosfer basıncında kabaca 3.650 santigrat derece, çelik üretim arkının 3.000 ila 3.500 santigrat derecenin oldukça üstünde, böylece elektrot hizmette sağlam kalıyor.
S: Grafit neden anizotropiktir?
Güçlü kovalent bağlar katmanların içinde etki gösterirken aralarında yalnızca zayıf van der Waals kuvvetleri etki eder; dolayısıyla iletkenlik, dayanıklılık ve termal genleşmenin tümü yöne göre farklılık gösterir.
S: Elektrot grafitinin elektriksel direnci nedir?
Tipik olarak 5 ila 9 mikro-ohm metre, alt uçta ultra-yüksek-güç dereceleri. Daha düşük direnç, kolonun içinde daha az Joule ısınması anlamına gelir.
S: Grafit hangi sıcaklıkta oksitlenmeye başlar?
Havada ölçülebilir oksidasyon yaklaşık 450 ila 600 santigrat derecede başlar. Bunun üzerinde oksijen ve karbondioksit karbonla reaksiyona girer ve yan duvar yavaş yavaş kaybolur.
S: Grafit erimiş çelik veya cürufla reaksiyona girer mi?
Çoğu erimiş metale ve cüruflara karşı kimyasal olarak inerttir, bu nedenle kimyasal saldırılara maruz kalmadan akımı doğrudan banyoya taşıyabilir.