grafit

 

pytanie  - czy grafit to dobry środek smarny?

grafit

Grafit (dawniej nazywany czarny przewód) to nic innego jak  krystaliczna postać węgla, chociaż nie jest  stosowany jako paliwo, ponieważ jest trudno zapalny. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Jego nazwa pochodzi od słowa graphein, co oznacza pisać, stąd najczęściej kojarzy się nam z ołówkiem, którego jest zasadniczą podstawą.

Rozróżniamy trzy główne typy grafitu naturalnego, występujące w różnych rodzajach skał grafitowych. Poza skałami węglowymi pojawia się także w pegmatytach i żyłach hydrotermalnych. Niekiedy bywa znajdowany wśród granitów, porfirów, gabr, granulitów. W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu. Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych o wielkiej liczbie skondensowanych pierścieni. Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego wiązania 1,5-krotnego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach, umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne. Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Np. monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.

Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie. Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym, jakie występują między obracającymi się kołami zębatymi, lub kołami zębatymi i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie, co prowadzi do zjawiska supersmarowania.

W przyrodzie grafit najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężystym. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący. Dobrze przewodzi prąd i jest odporny na wysoką temperaturę. Grafit i proszek grafitowy stosowane są  w aplikacjach przemysłowych jako dodatki samosmarujące lub jako suchy smar.

Grafit naturalny jest najczęściej używany jako materiał na materiały ogniotrwałe, baterie, przy produkcji stali, grafitu ekspandowanego, okładzin hamulcowych, okładzin odlewniczych i smarów. Powszechnie uważa się, że właściwości smarujące grafitu wynikają z jego struktury polegającej na luźnym międzypłytkowym sprzężeniu pomiędzy arkuszami struktury. Badania wskazują, że powietrze i woda nie są absorbowane do struktur grafitu. Użycie grafitu jest ograniczone przez jego skłonności do ułatwienia korozji wżerowej w stali nierdzewnej oraz może powodować korozję aluminium w obecności wilgoci. Z tego powodu, smar grafitowy nie jest polecany, jako  smar w elementach zawierających aluminium. Podobną strukturę jak grafit ma heksagonalny azotek boru, stosowany do wielu smarów.

Smary grafitowe są specjalistycznymi środkami smarnymi stosowanymi w przypadku bardzo wysokich lub bardzo niskiej temperatur, w hutnictwie, jako środek, antyzapiekowy, w przekładniach maszyn górniczych, budowlanych i do smarowania łańcuchów. Do produkcji smaru należy używać grafitu bardzo niskiej gradacji <10 μm i ultra wysokiej czystości. (zawartość C minimum 96%) i wilgotności poniżej 2%. Gęstość nasypowa powinna oscylować wokół 0,4g/cm³. Można go stosować w postaci suchego proszku, roztworu wodnego lub olejowego ewentualnie jako  grafit koloidalny (stała zawiesina w cieczy).