Ikatan Yang Menjadikan Grafit Konduktif
Setiap atom karbon dalam lapisan grafit menggunakan tiga daripada empat elektron valensnya untuk membentuk ikatan sigma dengan tiga jiran dalam susunan heksagon satah, konfigurasi sp2. Elektron keempat menduduki orbital pi terdelokalisasi yang memanjang di atas dan di bawah lapisan, dan elektron tersebut bebas bergerak melalui helaian. Ini adalah asal usul kekonduksian elektrik grafit: ia berkelakuan sebagai semilogam dan bukannya penebat, dan ia adalah sebab elektrod grafit boleh melepasi arus arka yang akan memusnahkan konduktor seramik.
Anisotropi Kekisi Berlapis
Oleh kerana lapisan terikat kuat dalam satah dan hanya terikat lemah antara satah, hampir setiap sifat grafit adalah berarah. Kerintangan elektrik jauh lebih rendah di sepanjang lapisan daripada di seluruh lapisan, kekonduksian terma menunjukkan corak yang sama, dan kekuatan mekanikal dan pengembangan terma juga berbeza dengan arah. Dalam elektrod yang dihasilkan, zarah kok diselaraskan ke tahap yang lebih besar atau lebih kecil melalui penyemperitan, jadi elektrod itu sendiri adalah anisotropik. Inilah sebabnya mengapa spesifikasi menyatakan sama ada sesuatu sifat diukur selari atau berserenjang dengan paksi dan mengapa kok jarum, yang menjajar dengan kuat, menghasilkan elektrod pengembangan-rendah.
Gelagat Terma dan Sublimasi
Grafit tidak cair pada tekanan biasa. Di bawah suasana pelindung ia menyuburkan pada kira-kira 3,650 darjah Celsius, yang jauh melebihi 3,000 hingga 3,500 darjah Celsius yang diukur dalam arka pembuatan keluli, jadi elektrod kekal pepejal semasa cas cair. Kekonduksian terma grafit yang tinggi, dalam julat kira-kira 100 hingga 150 watt per meter kelvin pada suhu kerja, menyebarkan haba arka dari hujung dan mengehadkan suhu puncak dalam badan. Gabungan titik pemejalwapan yang sangat tinggi dan kekonduksian yang tinggi adalah asas terma bagi keseluruhan produk.
Kerintangan dan Pemanasan Joule
Malah konduktor yang baik menghasilkan haba apabila ia membawa arus. Kerintangan elektrik grafit elektrod biasanya sekitar 5 hingga 9 mikro-ohm meter, dan kehilangan ohmik dalam lajur adalah berkadar dengan kerintangan itu dan kuasa dua arus. Kerana arusnya sangat besar, walaupun peningkatan kecil dalam kerintangan meningkatkan suhu elektrod dengan ketara, dan sendi yang rosak dengan rintangan sentuhan yang tinggi menjadi titik panas. Kimia dan pemprosesan menetapkan kerintangan: suhu grafitasi yang lebih tinggi dan susunan kristal yang lebih baik menurunkannya.
Kestabilan Kimia dan Permulaan Pengoksidaan
Grafit adalah lengai secara kimia terhadap kebanyakan logam cair dan sanga, itulah sebabnya ia boleh duduk dalam mandi keluli tanpa bertindak balas. Kelemahannya ialah oksigen. Di udara, pengoksidaan yang boleh diukur bermula pada sekitar 450 hingga 600 darjah Celsius, dan di atas suhu itu karbon bertindak balas dengan oksigen, karbon dioksida dan wap air untuk membentuk karbon monoksida dan karbon dioksida. Ini adalah mekanisme kehilangan dinding sisi dalam relau. Tindak balas adalah perlahan pada suhu rendah dan cepat pada suhu tinggi, jadi amalan relau yang mengekalkan elektrod lebih sejuk dan melindunginya dengan sanga buih secara langsung memanjangkan hayat elektrod.
Soalan Lazim
S: Mengapakah grafit bersifat konduktif elektrik?
Oleh kerana setiap atom karbon menyumbang satu elektron terdelokalisasi kepada orbital pi yang memanjang merentasi lapisan, membolehkan cas bergerak bebas dalam helaian heksagon.
S: Apakah suhu pemejalwapan grafit?
Kira-kira 3,650 darjah Celsius pada tekanan atmosfera, jauh melebihi 3,000 hingga 3,500 darjah Celsius arka pembuatan keluli, jadi elektrod kekal pepejal dalam perkhidmatan.
S: Mengapakah grafit anisotropik?
Ikatan kovalen yang kuat bertindak dalam lapisan manakala hanya daya van der Waals yang lemah bertindak di antara mereka, jadi kekonduksian, kekuatan dan pengembangan haba semuanya berbeza mengikut arah.
S: Apakah kerintangan elektrik grafit elektrod?
Biasanya 5 hingga 9 mikro-ohm meter, dengan gred kuasa ultra-tinggi-di hujung rendah. Kerintangan yang lebih rendah bermakna kurang pemanasan Joule di dalam lajur.
S: Pada suhu berapakah grafit mula teroksida?
Di udara, pengoksidaan yang boleh diukur bermula pada kira-kira 450 hingga 600 darjah Celsius. Di atas itu, oksigen dan karbon dioksida bertindak balas dengan karbon dan dinding sisi perlahan-lahan hilang.
S: Adakah grafit bertindak balas dengan keluli cair atau sanga?
Ia lengai secara kimia terhadap kebanyakan logam cair dan sanga, itulah sebabnya ia boleh membawa arus terus ke dalam tab mandi tanpa dimakan oleh serangan kimia.