I. Характеристики кристаллической структуры
Слоистая структура: Кристаллическая структура графитизированного нефтяного кокса состоит из плоских сетей гексагональных атомов углерода. Эти плоские сети укладываются слой за слоем, образуя типичную слоистую структуру. Слои соединены относительно слабыми силами Ван дер Ваальса, которые наделяют графит смазывающими свойствами и анизотропией.
Параметры кристаллической решетки: После графитизации параметры кристаллической решетки (a₀ и c₀) нефтяного кокса приближаются к параметрам природного графита, что указывает на высокую степень сходства их кристаллических структур. Эта структурная особенность позволяет графитизированному нефтяному коксу демонстрировать превосходную электрическую и тепловую проводимость.
Микрокристаллические параметры: С помощью рентгеновской дифракции можно рассчитать такие параметры, как межслоевое расстояние (d₀₀₂), средний диаметр слоя (Lₐ) и высота укладки (Lc) микрокристаллов в графитизированном нефтяном коксе. Эти параметры отражают размер и расположение микрокристаллов и служат важными показателями для оценки степени графитизации.
II. Влияние процесса графитизации
Переход из аморфного состояния в кристаллическое: До графитизации углеродная структура нефтяного кокса является аморфной и характеризуется «дальним порядком разупорядочения и ближним порядком» структуры материала. В результате обработки графитизацией (обычно проводимой при высоких температурах от 2500°C до 3000°C) аморфный углерод постепенно трансформируется в упорядоченную трехмерную кристаллическую структуру графита.
Увеличение размера микрокристаллитов: В процессе графитизации средняя толщина (Lc) и ширина (Lₐ) хлопьев углеродной решетки увеличиваются, в то время как межслоевое расстояние (d) уменьшается. Это приводит к увеличению размера микрокристаллитов и более совершенной кристаллической структуре.
Снижение удельного сопротивления: По мере увеличения степени графитизации удельное сопротивление графитизированного нефтяного кокса значительно снижается. Это происходит потому, что в процессе графитизации расположение атомов углерода становится более упорядоченным, что позволяет электронам свободнее перемещаться внутри плоскостей слоев, тем самым повышая электропроводность.
III. Взаимосвязь между микроструктурой и свойствами
Электропроводность: Слоистая кристаллическая структура графитизированного нефтяного кокса позволяет электронам свободно перемещаться внутри плоскостей слоев, что приводит к превосходной электропроводности. Это свойство делает графитизированный нефтяной кокс широко применимым в таких областях, как электродные материалы и проводящие добавки.
Теплопроводность: Благодаря силам Ван дер Ваальса, связывающим слои, тепло может быстро передаваться внутри плоскостей слоев. Следовательно, графитизированный нефтяной кокс также обладает хорошей теплопроводностью, что делает его пригодным для производства теплоотводящих материалов и других применений.
Механические свойства: Кристаллическая структура графитизированного нефтяного кокса обеспечивает ему определенную механическую прочность. Однако по сравнению с металлическими материалами его слоистая структура приводит к более слабым межслоевым связям, что обуславливает относительно более низкую прочность на изгиб и сжатие. Эта характеристика дает графитизированному нефтяному коксу преимущество в применении в ситуациях, когда необходимо выдерживать определенное давление, но не требуется высокая прочность.
Дата публикации: 28 августа 2025 г.