Bok tamo! Kao dobavljača grafitnih vijaka, često me pitaju kako se ti grafitni momci slažu s metalnim vijcima kada je u pitanju vodljivost. Dakle, zaronimo odmah i porazgovarajmo o tome.
Prvo, shvatimo što je vodljivost. Vodljivost je u osnovi koliko dobro materijal može prenositi električnu struju. Metali su dobro poznati kao izvrsni vodiči. Razmislite o bakru i aluminiju koji se koriste u svim vrstama električnih ožičenja. Imaju čitavu hrpu slobodnih elektrona koji se mogu lako kretati, dopuštajući struji da teče kroz njih uz mali otpor.
Grafit je, s druge strane, oblik ugljika. Ima jedinstvenu strukturu u kojoj su ugljikovi atomi raspoređeni u slojeve. U tim slojevima postoje delokalizirani elektroni koji se mogu kretati unutar ravnine slojeva. To grafitu daje određenu razinu električne vodljivosti, ali se malo razlikuje od metala.
Mehanizmi vodljivosti
U metalima je vodljivost posljedica mora slobodnih elektrona. Ovi elektroni nisu vezani ni za jedan određeni atom i mogu se slobodno kretati kroz metalnu rešetku. Kada se primijeni napon, ti se elektroni počinju kretati na koordiniran način, stvarajući električnu struju. To je kao super autocesta za elektrone, i oni mogu jako brzo juriti.
Vodljivost grafita je više dvodimenzionalna. Delalizirani elektroni mogu se lako kretati unutar slojeva ugljikovih atoma, ali im je teže kretati se između slojeva. Dakle, to je kao niz jednosmjernih ulica za elektrone. Mogu se dobro kretati u jednom smjeru (unutar sloja), ali malo je gnjavaža prijeći na sljedeći sloj.
Usporedba vrijednosti vodljivosti
Kad pogledamo brojke, metali općenito imaju puno veću električnu vodljivost od grafita. Na primjer, bakar ima električnu vodljivost od oko 5,96×10⁷ S/m na sobnoj temperaturi. Aluminij je također prilično dobar, s vodljivošću od oko 3,77×10⁷ S/m.
Grafit, s druge strane, ima vodljivost koja može varirati ovisno o njegovoj čistoći i strukturi. Ali obično je njegova vodljivost u rasponu od 10⁴ - 10⁵ S/m. To je znatno niže od metala. Dakle, ako tražite materijal za prijenos velike količine električne struje s minimalnim otporom, metali su pravi put.
Primjene temeljene na vodljivosti
Međutim, samo zato što grafit ima nižu vodljivost ne znači da nije koristan. Zapravo, postoje neke primjene u kojima su grafitni vijci bolji izbor od metalnih vijaka.
Jedno područje je u okruženjima visoke temperature. Metali mogu početi gubiti svoju vodljivost i mehanička svojstva na visokim temperaturama. Mogu se rastopiti ili oksidirati, što može uzrokovati probleme. Grafit, s druge strane, ima izvrsnu toplinsku stabilnost. Može izdržati vrlo visoke temperature bez topljenja, a njegova se vodljivost ne mijenja previše unutar određenog temperaturnog raspona. Dakle, u aplikacijama poputGrafitni grijač, grafitni vijci mogu se koristiti za držanje komponenti zajedno, dok još uvijek dopuštaju nešto električne vodljivosti.
Još jedna prednost grafita je njegova otpornost na kemikalije. Metali mogu reagirati s određenim kemikalijama, što ih može nagrizati i smanjiti njihovu vodljivost. Grafit je mnogo otporniji na kemijske napade. Dakle, u postrojenjima za kemijsku preradu ili drugim okruženjima gdje postoje korozivne tvari, grafitni vijci mogu biti pouzdana opcija.
Grafit također ima manji koeficijent trenja u usporedbi s metalima. To može biti korisno u primjenama u kojima ne želite da se vijci zaglave ili u kojima je potrebno da se glatko okreću. Na primjer, u nekim preciznim instrumentima, grafitni vijci se mogu koristiti za podešavanje komponenti bez pretjeranog trošenja.
Cijena i dostupnost
Trošak je još jedan faktor koji treba uzeti u obzir. Metali poput bakra i aluminija široko su dostupni i relativno su jeftini. Koriste se u masovno proizvedenim električnim proizvodima, a cijena proizvodnje metalnih vijaka općenito je niska.
Grafit, s druge strane, može biti skuplji za proizvodnju. Proces izrade visokokvalitetnih grafitnih vijaka zahtijeva posebnu opremu i tehnike. Međutim, u primjenama gdje su potrebna jedinstvena svojstva grafita, dodatni trošak bi se mogao isplatiti.
Ostala razmatranja
Kad je riječ o mehaničkoj čvrstoći, metali obično imaju prednost. Metalni vijci općenito su jači i mogu izdržati više razine opterećenja. Grafitni vijci su lomljiviji i mogu puknuti ako se primijeni prevelika sila. Dakle, u primjenama gdje vijci moraju podnijeti veliku težinu ili se oduprijeti visokim razinama okretnog momenta, obično se preferiraju metalni vijci.
Što se tiče magnetskih svojstava, metali mogu biti magnetski, što može predstavljati problem u nekim primjenama gdje je potrebno izbjeći magnetske smetnje. Grafit je nemagnetičan, pa se može koristiti u osjetljivoj elektroničkoj opremi gdje bi magnetska polja mogla uzrokovati probleme.
Zaključak
Dakle, da sažmemo, metalni vijci su izvrsni za primjene koje zahtijevaju visoku električnu vodljivost, visoku mehaničku čvrstoću i nisku cijenu. Oni su pravi izbor za većinu standardnih električnih i mehaničkih aplikacija.
S druge strane, grafitni vijci imaju svoju nišu. Idealni su za visokotemperaturna, kemijski korozivna okruženja i primjene gdje su važna nemagnetska svojstva i nisko trenje. Možda nisu tako vodljivi kao metali, ali njihova jedinstvena kombinacija svojstava čini ih nezamjenjivima u određenim situacijama.
Ako ste na tržištu za grafitne vijke i želite saznati više o tome kako se mogu uklopiti u vašu specifičnu primjenu, nemojte se ustručavati kontaktirati. Ovdje smo da vam pomognemo pronaći pravo rješenje za vaše potrebe. Bilo da je za aGraphite Saggerili aGrafitna kutija, imamo stručnost da vas vodimo kroz proces odabira.
Reference
- "Uvod u fiziku čvrstog stanja" Charlesa Kittela
- "Materials Science and Engineering: An Introduction" Williama D. Callistera, Jr. i Davida G. Rethwischa