Графит (от греч. – пишу) – это минерал, наиболее устойчивая при стандартных условиях кристаллическая модификация углерода. Графит огнеупорен, обладает электропроводностью; твёрдость графит по минералогической шкале Мооса - 1; плотность графита 2230 кг/м³.

Получение графита: графит получают нагреванием антрацита без доступа воздуха.

Применение графита: в литейном производстве применяют кристаллический литейный графит и скрытокристаллический графит. При производстве стали графит применяют для науглероживания, а также для смазки - в прокатном производстве.

Свойства графита

В таблице приведена сравнительная характеристика свойств графита и алмаза.

В отличие от другой аллотропной формы углерода - алмаза - графит обладает электропроводными свойствами и является полуметаллом (это свойство графита используется при производстве электродов).

Графит не плавится, а возгоняется при 3500°, то есть минуя жидкую фазу, переходит в газообразное состояние, но если одновременно с повышением температуры повышать давление до 1000 атм (98 МПа), то можно получить расплавленный графит. Это открытие было сделано при изучении свойств алмаза с целью синтезировать его [2]. Однако получить алмаз из расплавленного графита не удалось.

Кристаллическая решетка графита

Кристаллическая решетка графита состоит только из атомов углерода. Кристаллической решетке графита присуща ярко выраженная слоистая структура, расстояние между слоями 0,335 нм. В кристаллической решётке графита каждый атом углерода связан с тремя другими окружающими его атомами углерода. Кристаллическая решетка графита бывает двух типов: гексагональная (α-графит) и ромбоэдрическая (β-графит, метастабильная форма). Атомы углерода каждого слоя кристаллической решётки α-графита расположены напротив центров шестиугольников, находящихся в соседних (нижнем и верхнем) слоях; положение слоев повторяется через один, каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм (укладка АВАВА). В ромбоэдрической решетке β-графита положение плоских слоев повторяется не через один слой, как в гексагональной решётке, а через два. Несмотря на то, что β-графит метастабилен, в природном графите его содержание может доходить до 30%. При температурах 2230-3030°С ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный. Альфа-графит и бета-графит обладают сходными физическими свойствами (за исключением несколько отличающейся структуры графена).

Электропроводность кристаллов графита анизотропна: близка к металлической в направлении, параллельном базисной плоскости, и на порядок меньше в перпендикулярном направлении. Анизотропия характерна также для звукопроницаемости (акустических свойств) и теплопроводных свойств графита.

Графит в чугуне. Форма графита

Графит - это также микроструктурная составляющая серого, ковкого, высокопрочного чугунов (см. чугун) и чугуна с вермикулярным графитом. Графит в чугуне в основном состоит из углерода и предопределяет специфические свойства чугуна. Естественно, количество графита в чугуне определяется содержанием углерода. Для обеспечения хороших литейных свойств чугуна углерода должно быть не меньше 2,4%.

В зависимости от формы различают графит (рисунок): пластинчатый (серый чугун), вермикулярный (чугун с вермикулярным графитом), хлопьевидный (ковкий чугун), шаровидный (высокопрочный чугун). Хлопьевидный графит также называют углеродом отжига.

Графит в чугуне по сравнению с металлической матрицей обладает низкими механическими свойствами, и графитовые включения можно рассматривать как пустоты, трещины. Свойства чугуна зависят от количества графита и его формы. Самой неблагоприятной формой является пластинчатый графит (можно сравнить с трещинами, надрывами внутри металла). По мере скругления включений графита прочность и пластичность чугуна увеличиваются (высокопрочный чугун). Структура графита в чугунах большинства отливок формируется при кристаллизации чугуна, т.е. при затвердевании отливок.

Графит в чугуне классифицируют не только по форме, но и по размерам включений, его количеству (для пластинчатого и шаровидного графита) и распределению (пластинчатый графит) в структуре чугуна.

Образование графита в чугуне - см. Графитизация.

Для определения формы графита в чугуне, количества и распределения графитовых включений в чугуне проводят различные металлографические исследования. Про количественный и качественный анализ изображений структуры металлов и сплавов (в том числе - включений графита в чугуне) читайте на странице Металлография и др.