کربن
Carbon
ستون فقرات نسوزهای کربنی: گرافیت، الکترود، MgO-C و آلومینا-گرافیت.
معرفی
کربن در صنعت نسوز نقشی یکتا دارد: تنها مادهای است که هم دیرگداز است، هم هدایت حرارتی بالایی دارد، و هم توسط سرباره و مذاب فلزی «خیس نمیشود». همین سه خاصیت با هم، خانوادهی نسوزهای کربنی (MgO-C، آلومینا-گرافیت، آلومینا-منیزیا-کربن) را ممکن کرده است.
ساختار بلوری و کریستالوگرافی
گرافیت ساختار هگزاگونال لایهای دارد: درون هر لایه پیوند کووالانسی بسیار قوی (sp²) و بین لایهها نیروی واندروالسی ضعیف. همین ناهمسانگردی است که گرافیت را همزمان روانکننده و رسانا میکند و در جهت صفحات، هدایت حرارتی فوقالعادهای میدهد. الماس ساختار مکعبی الماسی با پیوند sp³ سهبعدی دارد — سختترین مادهی طبیعی.
فازها و آلوتروپها
ریختشناسی و شکل عرضه
گرافیت فلس (Flake) با صفحات درشت و براق، گرافیت آمورف پودری، و کک/قیر بهعنوان منبع کربن باقیمانده در پخت. در نسوز، درصد کربن باقیمانده (Residual Carbon) پس از ککشدن چسب، معیار کلیدی کیفیت است.
ترکیبات مهم
| فرمول | نام | اهمیت |
|---|---|---|
| SiC | کاربید سیلیسیم | سخت، رسانا و مقاوم به سایش. |
| B₄C | کاربید بور | از سختترین مواد شناختهشده. |
| WC | کاربید تنگستن | ابزار برش و سایش صنعتی. |
| CaC₂ | کاربید کلسیم | در گوگردزدایی چدن مذاب. |
ایزوتوپها
دو ایزوتوپ پایدار: ¹²C (۹۸٫۹٪) و ¹³C (۱٫۱٪). ¹⁴C پرتوزا با نیمهعمر ۵۷۳۰ سال، مبنای کربنسنجی باستانشناسی است.
نقش در صنایع دیرگداز و فرآیندی
ضعف کربن اکسیداسیون است: بالای ~۵۰۰°C در حضور هوا میسوزد و نسوز را متخلخل میکند. به همین دلیل به آجرهای کربنی، آنتیاکسیدان (آلومینیوم، سیلیسیم یا Al-Mg فلزی) اضافه میشود تا پیش از کربن اکسید شود و مسیر نفوذ اکسیژن را ببندد.