Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

2.7. Механизм разрушения графитовых материалов 
Характер разрушения углеродных материалов изучался ранее в [83] и 
согласно фрактологическим данным этой работы носит хрупкий характер, 
связанный с неоднородностью структуры – анизотропией свойств, 
трещинами, развитой пористостью, и т.д. Механизм разрушения по логике 
авторов следует рассматривать прежде всего макроскопически, поскольку 
поликристаллические графиты структурно состоят из наполнителя и 
связующего (см. также §1.3.5.). Кокс связующего, как правило, более 
рыхлый, кроме того, пековый кокс обладает более низкой пикнометрической 
плотностью по сравнению с плотностью используемого в наполнителе 
нефтяного кокса. Это обстоятельство уже само по себе предопределяет 
преимущественное разрушение углеродного материала по связующему.
Проведённый в работе [83] анализ показал, что как в процессе 
нагружения до разрушения, так и после снятия напряжения на образец без 
разрушения, процессы деформирования и разрушения графита в 
макрообъёме в основном проходят по границам зёрен: по коксу связующего 
путём развития и объединения уже имевшихся трещин и пор (рис. 2.20 в, 
слева). 
Однако если в исходных зёрнах имеются определённым образом 
ориентированные трещины, то магистральная трещина может эти зёрна 
беспрепятственно пересекать. В закритической стадии разрушения, когда 
скорость распространения магистральной трещины в условиях растяжения 

---

70 
велика, магистральная трещина также может пересекать отдельные зёрна 
(рис. 2.20 в, справа). 
Магистральная трещина, обходя макроскопические зёрна наполнителя, 
распространяется в микрообъёме обычно по границам кристаллитов и 
параллельно базисным плоскостям в кристаллите, расщепляя слабые связи, 
так 
что 
разрушение 
происходит 
в 
основном 
по 
границам 
малоразориентированных кристаллитов (рис. 2.20 б). Чем меньше диаметр 
кристаллитов, тем более затруднено распространение магистральной 
трещины, отсюда и большая прочность мелкокристаллических материалов. 
Хотя макротрещина может пересекать как отдельные кристаллиты, так и 
макроскопические зёрна, однако такой характер разрушения не является 
основным. 
Важнейшими факторами, влияющими на прочность графитов, является 
степень совершенства кристаллической структуры, а также наличие 
макродефектов, таких, как поры и трещины. Ранее [39] было показано, как 
зависит предел прочности от размеров кристаллитов и межслоевого 
расстояния в кристаллитах. В целом, изменение предела прочности при 
сжатии и модуля упругости в зависимости от температуры обработки 
графитового 
материала 
немонотонно. 
Степень 
совершенства 
кристаллической структуры прямо зависит от температуры отжига, поэтому 
в зависимости предела прочности от температуры наблюдается экстремум в 
диапазоне температур 2100-2300
0
С. Было показано также [83], что для 
материалов, обработанных выше температуры 2300
0
С, усилие разрушения 
при сжатии обратно пропорционально диаметру кристаллитов в степени ½. 
Иначе говоря, разрушение достаточно совершенного графита объяснялось, в 
соответствии с теорией Гриффитса-Орована, спонтанным распространением 
трещин по кристаллиту. Для такого характера разрушения материала будет 
справедливым соотношение: 
σ = 
(
2/π ×
Ep/L
)
1/2
(2.10)
 

---

71 
где σ – усилие разрушения при сжатии;
E – 
модуль упругости; 
p – 
удельная поверхностная энергия скола. 
Для двумерно-упорядоченных материалов, температура обработки 
которых ниже 2000
0
С, справедлив механизм, описываемый уравнением 
Петча, что свидетельствует в пользу межкристаллитного характера 
разрушения: 
σ = σ
0 
kL
-1/2
где σ
0 
– напряжение трения в плоскости скольжения; 
k – 
эмпирическая постоянная. 
В итоге, как следует из работы [83], прочность полученных по 
электродной 
технологии 
конструкционных 
углеродных 
материалов 
определяется в основном диаметром кристаллитов и общей пористостью 
материала.