Lorsque le graphite est chauffé, il subit plusieurs changements importants.
Ces changements concernent principalement l'oxydation, la transformation structurelle et l'altération des propriétés mécaniques.
Que devient le graphite lorsqu'il est chauffé ? 4 transformations clés expliquées
1. Oxydation du graphite à des températures élevées
Le graphite est sensible à l'oxygène et commence à s'oxyder lorsqu'il est exposé à l'air à des températures avoisinant les 500°C (932°F).
Ce processus d'oxydation peut entraîner une perte de masse rapide, jusqu'à 1 % par jour dans certaines conditions.
Une exposition prolongée à l'air à des températures élevées entraîne l'amincissement du graphite, ce qui finit par provoquer une défaillance structurelle.
Cette sensibilité à l'oxydation limite l'utilisation pratique du graphite dans l'air à des températures élevées et rend nécessaire son utilisation dans des atmosphères contrôlées ou inertes.
2. Modifications structurelles par traitement thermique
Le traitement thermique du graphite, en particulier dans une atmosphère inerte, peut entraîner des modifications structurelles importantes connues sous le nom de graphitisation.
Ce processus consiste à chauffer le graphite jusqu'à 3 000 °C, ce qui entraîne un réarrangement des structures de carbone désordonnées ou défectueuses en un cristal 3D plus parfait de graphite pur.
Les couches de graphite, appelées graphène, deviennent plus alignées et plus grandes, ce qui améliore la qualité et les propriétés globales du graphite.
Cette transformation améliore les performances du matériau dans les applications de haute technologie.
3. Modification des propriétés mécaniques
Le chauffage du graphite de la température ambiante à des températures élevées, telles que 2 000 °C, peut entraîner une augmentation de sa résistance mécanique.
Ce comportement contre-intuitif est dû à une diminution des contraintes internes au sein du matériau à mesure que la température augmente.
Cet effet de renforcement permet d'utiliser le graphite dans des applications plus exigeantes, où il peut supporter des charges plus importantes et des températures plus élevées sans défaillance.
En outre, cette propriété permet de concevoir des systèmes plus petits et plus efficaces qui nécessitent moins de support.
4. Conductivité électrique et thermique
Le chauffage des barres de graphite améliore également leur conductivité thermique et électrique.
La conductivité thermique du graphite est plus élevée que celle de nombreux métaux courants et augmente avec la température, contrairement à la plupart des matériaux où elle diminue.
De même, la conductivité électrique du graphite est particulièrement élevée, puisqu'elle est plusieurs fois supérieure à celle de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone.
Ces propriétés font du graphite un excellent choix pour les éléments chauffants et autres applications nécessitant un transfert de chaleur et une conduction électrique efficaces.
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