カーボングラファイトの特性と用途

石油製品は車両を動かし、建物を暖め、電気を生成します。 2021年の米国の石油消費量は日量平均約1,978万バレルで、これには約100万バレルのバイオ燃料が含まれていた。 石油およびガス製品は社会インフラの不可欠な部分です。 カーボン グラファイトにはさまざまな特性があり、メカニカル/ドライ ガス シール、ポンプ ベアリング、バルブ シート、発電機、コンプレッサーなどの回転機器やそのコンポーネントに使用して、石油とガスを生産、分配、移動することができます。

カーボングラファイトを使用する最初の特性は、その耐熱性です。 酸化環境では 350 F ～ 1,100 F、非酸化環境では最大 6,000 F のような高温であっても、-30 F ～ -450 F の範囲の極低温であっても、これらの材料は熱膨張係数が低いため、サイズが小さくなります。温度変化によっても形状が大きく変化しません。

カーボンの際立った特性は、何百もの化学物質に対する耐食性です。 これらには、ベンゼン、二酸化硫黄、石油、ホルムアルデヒド、炭化水素、水銀が含まれますが、これらに限定されません。 カーボングラファイトは炭素の同素体です。 炭素原子は共有結合によって六角形のパターンで結合し、グラフェン層を形成します。 これらの結合は強いため、他の化学物質による攻撃が困難になります。 グラファイトは、他の元素や炭素形態よりも不活性であると考えられています。

カーボングラファイトには自己潤滑性もあります。 グラフェン層はファンデルワールス力によって結合されます。 これらは原子間の弱い引力です。 イオン結合や共有結合とは異なり、これらの引力は化学的な電子結合から生じるものではありません。 それらは比較的弱いため、外乱の影響を受けやすくなります。

カーボングラファイトのグラフェン層を相手材料とこすって表面の粗さを埋め、流体力学的膜を作成すると、本質的にグラファイトがそれ自体に向かって動くことが可能になります。 この自己潤滑能力により、材料は乾燥した動作条件下でも焼き付きや磨耗を防ぐことができます。 カーボングラファイト材料は自己潤滑性があり、熱特性と電気特性を備えているため、火花も発生しません。 ここでのスパークは、機械的スパークまたは摩擦スパークと呼ばれます。

カーボン グラファイトの最後の特性は、焼成プロセスで得られる材料の多孔性です。 炭素粉末と結合剤からなる原料炭素成分を混合して成形した後、生の材料を制御された無酸素焼成プロセスに送り、ピッチ結合剤を炭化して硬化させてアモルファスカーボンに変えます。

ベーキングプロセス中にガスの放出が発生します。つまり、ピッチ内の炭化水素が極度の熱により追い出され、アモルファスカーボン構造が残ります。 ガス放出中に、これらのガスは材料の外に押し出され、相互接続された多孔性のネットワークが残ります。 この多孔性により、カーボンメーカーはさまざまな種類の金属、樹脂、塩を材料に含浸させることができ、カーボングラファイトの機械的/化学的特性を強化したり追加したりすることができます。 この記事の次の部分では、回転機器の製品および用途に使用される含浸カーボングラファイトについて詳しく説明します。

ボールバルブは、液体または気体の流れを制御する遮断弁です。 これは、中央に円筒形の穴のあるボールを使用して行われます。 ボールバルブが開いていると、ボールバルブの穴がパイプと位置合わせされ、媒体が流れることができます。

閉位置では、バルブは 90 度回転します。 カーボングラファイトで作ることができる部品の 1 つはバルブシートです。 彼らは座ってボールをすくっている。 上流側の圧力が上昇するとシールが発生し、ボールと上流側シートが下流側シートに向かう流れの方向に押されます。

この用途でカーボングラファイトに一般的に使用される含浸剤はコークスです。 コークスは、瀝青炭を高温に加熱した後に残る固体残留物です。 残留物は主に炭素であり、不純物はほとんどなく、発達した黒鉛構造を持っています。