Hej tamo! Kao dobavljač grafitnih šrafova, često me pitaju kako se ovi grafitni momci slažu sa metalnim šrafovima kada je u pitanju provodljivost. Dakle, hajdemo odmah da popričamo o tome.
Prvo, hajde da shvatimo šta je provodljivost. Provodljivost je u osnovi koliko dobro materijal može nositi električnu struju. Metali su poznati po tome što su odlični provodnici. Zamislite bakar i aluminij, koji se koriste u svim vrstama električnih instalacija. Imaju čitavu gomilu slobodnih elektrona koji se mogu lako kretati, omogućavajući struji da teče kroz njih uz mali otpor.
Grafit je, s druge strane, oblik ugljika. Ima jedinstvenu strukturu u kojoj su atomi ugljika raspoređeni u slojevima. U ovim slojevima postoje delokalizovani elektroni koji se mogu kretati unutar ravni slojeva. Ovo daje grafitu određeni nivo električne provodljivosti, ali je malo drugačiji 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 po metalnoj rešetki. Kada se primeni napon, ovi elektroni počinju da se kreću na koordiniran način, stvarajući električnu struju. To je kao super-autoput za elektrone, i oni se mogu brzo okretati.
Provodljivost grafita je više dvodimenzionalna. Delokalizirani elektroni mogu se lako kretati unutar slojeva atoma ugljika, ali im je teže kretanje između slojeva. Dakle, to je kao niz jednosmjernih ulica za elektrone. Mogu se dobro kretati u jednom smjeru (unutar sloja), ali je malo teško prijeći na sljedeći sloj.
Poređenje vrijednosti vodljivosti
Kada pogledamo brojke, metali općenito imaju mnogo veću električnu provodljivost od grafita. Na primjer, bakar ima električnu provodljivost od oko 5,96×10⁷ S/m na sobnoj temperaturi. Aluminijum je takođe prilično dobar, sa provodljivošću od oko 3,77×10⁷ S/m.
Grafit, s druge strane, ima provodljivost koja može varirati ovisno o njegovoj čistoći i strukturi. Ali tipično, njegova provodljivost je u rasponu od 10⁴ - 10⁵ S/m. To je znatno niže od metala. Dakle, ako tražite materijal za nošenje velike količine električne struje sa minimalnim otporom, metali su pravi način.
Aplikacije zasnovane na vodljivosti
Međutim, samo zato što grafit ima nižu provodljivost ne znači da nije koristan. Zapravo, postoje neke primjene u kojima su grafitni vijci bolji izbor od metalnih.
Jedno područje je u okruženju visoke temperature. Metali mogu početi gubiti provodljivost i mehanička svojstva na visokim temperaturama. Mogu se otopiti ili oksidirati, što može uzrokovati probleme. Grafit, s druge strane, ima odličnu termičku stabilnost. Može izdržati vrlo visoke temperature bez topljenja, a njegova provodljivost se ne mijenja previše unutar određenog temperaturnog raspona. Dakle, u aplikacijama poputGraphite Heater, grafitni šrafovi se mogu koristiti za držanje komponenti zajedno, a istovremeno omogućavaju određenu električnu provodljivost.
Još jedna prednost grafita je njegova hemijska otpornost. Metali mogu reagirati s određenim kemikalijama, koje ih mogu korodirati i smanjiti njihovu provodljivost. Grafit je mnogo otporniji na hemijske napade. Dakle, u pogonima za hemijsku preradu ili drugim sredinama gdje postoje korozivne tvari, grafitni vijci mogu biti pouzdana opcija.
Grafit takođe ima niži koeficijent trenja u odnosu na metale. Ovo može biti korisno u aplikacijama u kojima ne želite da se zavrtnji zaglave ili gdje vam je potrebno da se neometano okreću. Na primjer, u nekim preciznim instrumentima, grafitni vijci se mogu koristiti za podešavanje komponenti bez izazivanja pretjeranog trošenja.
Cijena i dostupnost
Trošak je još jedan faktor koji treba uzeti u obzir. Metali poput bakra i aluminija su široko dostupni i relativno jeftini. Koriste se u masovnoj proizvodnji električnih proizvoda, a cijena proizvodnje metalnih vijaka je općenito niska.
Grafit, s druge strane, može biti skuplji za proizvodnju. Proces izrade visokokvalitetnih grafitnih vijaka zahtijeva posebnu opremu i tehnike. Međutim, u aplikacijama gdje su neophodna jedinstvena svojstva grafita, dodatni trošak bi mogao biti vrijedan toga.
Ostala razmatranja
Kada je u pitanju mehanička čvrstoća, metali obično imaju prednost. Metalni vijci su generalno jači i mogu izdržati veće nivoe naprezanja. Grafitni vijci su krhkiji i mogu se slomiti ako se primijeni prevelika sila. Dakle, u aplikacijama u kojima vijci moraju podnijeti veliku težinu ili izdržati visoke razine obrtnog momenta, obično se preferiraju metalni vijci.
Što se tiče magnetnih svojstava, metali mogu biti magnetni, što može predstavljati problem u nekim aplikacijama gdje je potrebno izbjegavati magnetne smetnje. Grafit je nemagnetičan, tako da se može koristiti u osjetljivoj elektronskoj opremi gdje magnetna polja mogu uzrokovati probleme.
Zaključak
Dakle, da sumiramo, metalni vijci su odlični za aplikacije koje zahtijevaju visoku električnu provodljivost, visoku mehaničku čvrstoću i nisku cijenu. Oni su pravi izbor za većinu standardnih električnih i mehaničkih aplikacija.
Grafitni vijci, s druge strane, imaju svoju nišu. Idealni su za visokotemperaturna, hemijski korozivna okruženja i aplikacije u kojima su važna nemagnetna svojstva i nisko trenje. Možda nisu provodljivi kao metali, ali njihova jedinstvena kombinacija svojstava čini ih nezamjenjivim u određenim situacijama.
Ako ste na tržištu grafitnih vijaka i želite saznati više o tome kako se oni mogu uklopiti u vašu specifičnu primjenu, ne ustručavajte se kontaktirati. Tu smo da vam pomognemo da pronađete pravo rješenje za vaše potrebe. Bilo da je za aGraphite Saggerili aGraphite Box, imamo stručnost da vas vodimo kroz proces odabira.
Reference
- "Uvod u fiziku čvrstog stanja" Charlesa Kittela
- "Nauka o materijalima i inženjerstvo: Uvod" William D. Callister, Jr. i David G. Rethwisch