Яка мікроструктура (кристалічна структура) графітизованого нафтового коксу?

I. Характеристики кристалічної структури

Шарувата структура: Кристалічна структура графітизованого нафтового коксу складається з плоских мереж гексагональних атомів вуглецю. Ці плоскі мережі укладаються шар за шаром, утворюючи типову шарувату структуру. Шари з'єднані відносно слабкими силами Ван-дер-Ваальса, які надають графіту змащувальності та анізотропії.
Константи решітки: Після обробки графітизацією постійні решітки (a₀ та c₀) нафтового коксу наближаються до постійних решітки природного графіту, що свідчить про високий ступінь подібності їхніх кристалічних структур. Ця структурна особливість дозволяє графітизованому нафтовому коксу демонструвати чудову електро- та теплопровідність.
Мікрокристалічні параметри: За допомогою рентгенівської дифракції можна розрахувати такі параметри, як міжшарова відстань (d₀₀₂), середній діаметр шару (Lₐ) та висота укладання (Lc) мікрокристалів у графітизованому нафтовому коксі. Ці параметри відображають розмір та розташування мікрокристалів і служать важливими показниками для оцінки ступеня графітизації.

II. Вплив процесу графітизації

Перехід з аморфного до кристалічного стану: До графітизації вуглецева структура нафтового коксу є аморфною, що характеризується структурою матеріалу «далекого невпорядкованого, ближнього впорядкованого». Завдяки графітизації (зазвичай проводиться за високих температур від 2500°C до 3000°C) аморфний вуглець поступово перетворюється на впорядковану тривимірну кристалічну структуру графіту.
Збільшення розміру мікрокристалітів: Під час графітизації середня товщина (Lc) та ширина (Lₐ) пластівців вуглецевої решітки збільшуються, тоді як міжшарова відстань (d) зменшується. Це призводить до збільшення розміру мікрокристалітів та досконалішої кристалічної структури.
Зменшення питомого опору: Зі збільшенням ступеня графітизації питомий опір графітизованого нафтового коксу значно зменшується. Це пояснюється тим, що під час графітизації розташування атомів вуглецю стає більш упорядкованим, що дозволяє електронам вільніше рухатися в площинах шарів, тим самим підвищуючи електропровідність.

III. Зв'язок між мікроструктурою та властивостями

Електропровідність: Шарувата кристалічна структура графітизованого нафтового коксу дозволяє електронам вільно рухатися в межах площин шарів, що призводить до чудової електропровідності. Ця властивість робить графітизований нафтовий кокс широко застосовуваним у таких галузях, як електродні матеріали та провідні добавки.
Теплопровідність: Завдяки силам Ван-дер-Ваальса, що з'єднують шари, тепло може швидко передаватись у межах площин шарів. Отже, графітизований нафтовий кокс також демонструє добру теплопровідність, що робить його придатним для виготовлення матеріалів для розсіювання тепла та інших застосувань.
Механічні властивості: Кристалічна структура графітизованого нафтового коксу забезпечує йому певну механічну міцність. Однак, порівняно з металевими матеріалами, його шарувата структура призводить до слабшого міжшарового зв'язку, що призводить до відносно нижчої міцності на вигин та стиск. Ця характеристика дає графітизованому нафтовому коксу перевагу в застосуванні в ситуаціях, коли він повинен витримувати певний тиск, але не вимагає високої міцності.