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

4.4. Разупорядочение структуры исходного порошка изотопа 
углерода 
13
С в предкристаллизационный период, механизм 
графитации углеродных материалов 
 
Предположение о разупорядочении структуры углеродного материала в 
предкристаллизационный период достаточно убедительно подтверждают 
данные по изменению межслоевого расстояния (рис. 4.2), высоты 
кристаллитов (рис. 4.3), степени графитации (рис. 4.4), рентгеновской 
плотности (рис. 4.5). Температура начала разупорядочения составляет 
1800°C. В экстремальной точке (температура 2000°C) происходит увеличение 
межслоевого расстояния, уменьшение высоты кристаллитов, степени 
графитации и рентгеновской плотности. Отмечен значительный рост высоты 
кристаллитов после температуры обработки 2600°С. Наблюдающиеся на 
кривой изменения удельного электросопротивления изотопа 
13
С максимумы 
при температурах 2200 и 2600°С, вероятно, свидетельствуют о дальнейшем 
совершенствовании 
кристаллической 
структуры 
углерода. 
Важно 
подчеркнуть, что данный процесс происходит дискретно, посредством 
чередования нескольких циклов разупорядочения – упорядочения. В работе 

---

111 
[112] приведены расчетные данные методом атом-атомного потенциала, 
которые свидетельствуют о том, что для каждого размера слоя при их парном 
ротационном взаимодействии имеется свой определенный угол, отвечающий 
минимуму потенциальной энергии, который зависит от количества атомов в 
ансамбле и угла поворота графенового слоя. 
В приведенной работе количественно показано, что энергетические 
минимумы отвечают большеугловым ротационным границам. Поворот одной 
плоскости относительно другой, выводящий границу из симметричного 
положения, расстраивает хорошее совпадение атомов в этой границе. Расчет 
энергии ротационной границы показывает, что в зависимости от угла 
поворота соседних слоев, кроме основного, глубокого минимума энергии, 
соответствующего графитовому состоянию, имеют место ряд частных 
минимумов, которые отвечают устойчивым промежуточным конфигурациям. 
Подобная зависимость состояния соседних слоев, очевидно, может служить 
причиной предположения о том, что общая энергия, необходимая для 
преобразования ансамбля атомов в графит, должна суммироваться изо всех 
частных состояний пар слоев, соответствующих углам рационального 
двойникования, то есть достаточно симметричной конфигурации 
расположения атомов в соседних слоях. Этим, по всей видимости, можно 
объяснить растянутый по температуре процесс графитации, который для 
графитируемых веществ начинается при 1600°С и еще далек от завершения 
при температурах порядка 3000 °С. 
Нагорным В.Г. показано [110] , что в искусственных графитах могут 
существовать четыре типа структур: 
G
0
, G
1
, G
2
, G
3
. Расчеты, проведенные на 
ЭВМ, показали, что межслоевые расстояния, соответствующие различным 
трансляционным сдвигам при получении этих структур соответственно 
равны: 
d
G0
= 0,365 нм, 
d
G1
= 0,343 нм, 
d
G2
= 0,3354 нм (графитовая структура), 
d
G3
= 0,334 нм. Соответствующие трансляционные сдвиги равны: a
0
= 0 нм, а
1
= 0,71 нм, а
2 
= 0,142 нм, а
3 
= 0,213 нм. В структуре 
G
0 
атомы каждого 
последующего слоя находятся под атомами предыдущего слоя без смещения. 

---

112 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
Температура обработки, °С
Вы
сота кр
иста
лл
итов,
нм
Структура 
G
1
называется «турбостратной» и, как правило, образуется при 
температурах, близких к температуре начала трехмерного упорядочения.