Than chì là một tinh thể đồng nhất, mật độ thấp và mềm của carbon. Than chì là một chất bôi trơn rắn liên quan đến lớp chất bôi trơn vô cơ có cấu trúc lamellar, cũng bao gồm molybdenum disulphide,boron nitride và một số sunfua khác, selenide và Telluride (chalcogenide) của molybdenum, vonfram, niobi.
Mạng tinh thể của than chì bao gồm các vòng lục giác tạo thành các mặt phẳng song song mỏng (graphenes). Mỗi nguyên tử carbon liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử khác trong tấm (góc giữa hai liên kết là 120 °).
Các graphen được liên kết với nhau bằng lực Van der Waals yếu. Cấu trúc lớp cho phép chuyển động trượt của các mặt phẳng song song. Liên kết yếu giữa các mặt phẳng cung cấp cường độ cắt thấp theo hướng chuyển động trượt nhưng cường độ nén cao theo hướng vuông góc với chuyển động trượt. Lực ma sát làm cho các hạt than chì định hướng theo hướng, trong đó các graphen song song với chuyển động trượt. Tính dị hướng của các tính chất cơ học tạo ra sự kết hợp giữa hệ số ma sát thấp và khả năng chịu tải cao đối với than chì.
Than chì tạo thành một màng bôi trơn bám dính mạnh vào bề mặt chất nền. Màng bôi trơn cung cấp khả năng chống mài mòn và chống co giật tốt (khả năng tương thích) .
Tính chất bôi trơn của than chì phụ thuộc nhiều vào sự hiện diện của hơi nước trong môi trường xung quanh. Các phân tử nước được hấp thụ trên bề mặt than chì làm giảm thêm liên kết giữa các mặt phẳng graphene.
Hệ số ma sát của than chì trong môi trường ẩm thấp đến 0,07.
Hệ số ma sát của than chì trong khí quyển khô hoặc trong chân không đạt 0,5.
Ứng dụng than chì làm chất bôi trơn rắn trong không khí mở ở nhiệt độ cao được giới hạn ở 900 ° F (482 ° C). Nhiệt độ cao hơn gây ra quá trình oxy hóa than chì và tăng hệ số ma sát của nó.
Một số ứng dụng của than chì như chất bôi trơn rắn:
-
Phụ gia trong dầu bôi trơn
-
Bàn chải carbon bao gồm vật liệu tẩm than chì đồng và than chì bạc
-
Các thành phần của lớp phủ chống ma sát tổng hợp dựa trên polymer
-
Các hạt pha thứ hai của lớp phủ chống ma sát composite
-
Khuôn đúc liên tục
-
Chất bôi trơn rắn trong kim loại hình thành
-
Vật liệu tổng hợp graphit đồng cho vòng bi trượt
-
Phát hành lớp phủ và lớp lót chịu lửa không dính trong đúc
