|
Рис. 4.2
. Влияние температуры обработки на межслоевое расстояние материала на основе
изотопа
13
С [111].
Рис. 4.3.
Зависимость высоты кристаллитов материала на основе изотопа
13
С от
температуры обработки [111].
113
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
Температура обработки, °С
Сте
пен
ьгр
афи
таци
и, о
тн.ед.
2,205
2,21
2,215
2,22
2,225
2,23
2,235
2,24
2,245
2,25
2,255
2,26
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
Температура обработки, °С
Рентгеновская плотность,
г/с
м3
Рис. 4.4
. Влияние температуры обработки на степень графитации изотопа
13
С [111].
Рис.4.5.
Влияние температуры обработки на рентгеновскую плотность
композита на основе изотопа углерода
13
С [111].
114
Установлено, что структура этого углерода является более сложной,
чем считалось ранее. Поворот соседних плоскостей, вероятно, составляет
не случайный, а определенный рациональный угол для пары плоскостей с
набором углов во всей упаковке. Расчеты интерференционных функций
показали, что структуру турбостратного углерода можно представить в
таком виде, когда центры поворотов соседних плоскостей расположены у
соседних пар статистически. В противном случае на интерференционной
функции наблюдаются экстрарефлексы, которые не подтверждаются
экспериментальными данными. Структура
G
2
является графитовой. Атомы
последующего слоя в ней находятся под центрами шестиугольника,
образованного атомами предыдущего слоя.
Несмотря на то, что межслоевое расстояние в структуре
G
3
меньше,
чем в
G
2
, значительное смещение атомов второго слоя не дает
возможности считать ее графитовой. Структура
G
3
была предсказана
Китайгородским А.И. [117], кроме того, в данной работе были сделаны
выводы о механизме графитации как процессе совершенствования
структуры за счет термического сброса двойниковых образований,
соответствующего сбросу поверхностной энергии.
Анализ энергетического состояния кристаллической решетки
графитоподобных структур установил, что устойчивые межслоевые
расстояния для выделенных подструктур (структурных составляющих)
зависят от диаметра ароматического слоя. От слоя диаметром 5 нм до
почти бесконечного слоя параметр
002
d
изменяется в следующих пределах:
для подструктуры
G
0
: 0,364 – 0,341 нм, для подструктуры
G
1
: 0,344 – 0,340
нм, для подструктуры
G
2
: 0,343 – 0,335 и для подструктуры
G
3
: 0,344 –
0,338 нм.
В работе [118] было экспериментально подтверждено образование в
четырех видах коксов с различной надкристаллитной структурой и
термообработанных в интервале температур 1200 – 2600 °С структурных
115
политипов углерода
G
0
, G
1
, G
2
,
, которые были теоретически предсказаны
Нагорным В.Г., а так же было высказано предположение, что
межплокостное расстояние для каждой из подструктур лежит в
определенном интервале значений. На основе анализа температурной
зависимости хаотической составляющей микроискажений предложен
механизм фазовых переходов в коксах при термообработке, включающий
перестройку структуры
G
0
в структуру
G
1
в температурном интервале 1400
– 1600°С и перестройку структуры
G
1
в
G
2
,
в температурном интервале
1800 – 2600 °С.
Эксперименты, проведенные в высокотемпературной рентгеновской
камере, которая позволяла работать при температурах от комнатной до
2800°С и проводить нагрев с очень большими скоростями (до 1500 °С/сек),
позволили обнаружить несколько стадий процесса графитации, одна из
которых протекает за очень короткий промежуток времени (секунды) при
энергии активации порядка 8 кДж/моль [119].
Быстрое охлаждение анизотропного пекового кокса от температуры
2600°С при малой выдержке до температуры около 100°С показало, что
основная масса кокса состоит из турбостратного углерода (эксперименты
проведены автором данной главы). Этот факт доказывает, что процесс
графитации
обязательно
проходит
через
стадию
образования
турбостратного углерода.
При исследовании процесса графитации на 3-х углеродных
материалах
с
различной
надкристаллитной
структурой
(кокс
фенолформальдегидной смолы, сферолитовая составляющая кокса КНПС,
красноводский игольчатый кокс) и способностью к совершенствованию
структуры установлено, что все материалы при температуре 2000°С по
значению межплоскостного расстояния представляют собой одну и ту же
кристаллическую структуру – турбостратный углерод (межплоскостное
116
0,335
0,34
0,345
0,35
0,355
0,36
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Температура обработки,°С
М
еж
пл
оско
стное р
асстояние
, нм
1
2
3
расстояние равно 3,44 Ǻ). Экспериментальные данные представлены на
рисунке 4.6.
Таким
образом,
процесс
термического
совершенствования
кристаллической структуры углеродных объектов (графитация) по мнению
Нагорного В.Г. [110] невозможно представлять как обычный процесс
рекристаллизации, хотя он и включает некоторые черты последнего.
Do'stlaringiz bilan baham: |
