Jaka jest mikrostruktura (struktura krystaliczna) grafityzowanego koksu naftowego?

I. Charakterystyka struktury kryształu

Struktura warstwowa: Struktura krystaliczna grafityzowanego koksu naftowego składa się z płaskich sieci heksagonalnych atomów węgla. Te płaskie sieci są ułożone warstwa po warstwie, tworząc typową strukturę warstwową. Warstwy są połączone stosunkowo słabymi siłami van der Waalsa, które nadają grafitowi smarowność i anizotropię.
Stałe sieci: Po procesie grafityzacji stałe sieci (a₀ i c₀) koksu naftowego zbliżają się do stałych grafitu naturalnego, co wskazuje na wysoki stopień podobieństwa ich struktur krystalicznych. Ta cecha strukturalna umożliwia grafityzowanemu koksowi naftowemu wykazywanie doskonałej przewodności elektrycznej i cieplnej.
Parametry mikrokrystaliczne: Za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej można obliczyć parametry takie jak odstęp międzywarstwowy (d₀₀₂), średnia średnica warstwy (Lₐ) i wysokość ułożenia (Lc) mikrokryształów w grafityzowanym koksie naftowym. Parametry te odzwierciedlają rozmiar i rozmieszczenie mikrokryształów i służą jako ważne wskaźniki oceny stopnia grafityzacji.

II. Skutki procesu grafityzacji

Przejście ze stanu amorficznego do krystalicznego: Przed grafityzacją struktura węglowa koksu naftowego jest amorficzna, charakteryzująca się „nieuporządkowaną strukturą dalekiego zasięgu i uporządkowaną strukturą krótkiego zasięgu”. W procesie grafityzacji (zwykle przeprowadzanym w wysokich temperaturach od 2500°C do 3000°C) węgiel amorficzny stopniowo przekształca się w uporządkowaną, trójwymiarową strukturę krystaliczną grafitu.
Wzrost rozmiaru mikrokrystalicznego: Podczas grafityzacji średnia grubość (Lc) i szerokość (Lₐ) płatków sieci węglowej wzrasta, a odstępy między warstwami (d) maleją. Powoduje to wzrost rozmiaru mikrokrystalicznego i doskonalszą strukturę krystaliczną.
Zmniejszenie rezystywności: Wraz ze wzrostem stopnia grafityzacji, rezystywność grafityzowanego koksu naftowego znacząco spada. Dzieje się tak, ponieważ podczas grafityzacji układ atomów węgla staje się bardziej uporządkowany, co pozwala elektronom na swobodniejszy ruch w płaszczyznach warstw, a tym samym zwiększa przewodność elektryczną.

III. Związek między mikrostrukturą a właściwościami

Przewodność elektryczna: Warstwowa struktura krystaliczna grafityzowanego koksu naftowego umożliwia swobodny przepływ elektronów w płaszczyznach warstw, co przekłada się na doskonałą przewodność elektryczną. Ta właściwość sprawia, że ​​grafityzowany koks naftowy jest szeroko stosowany w takich obszarach jak materiały elektrodowe i dodatki przewodzące.
Przewodność cieplna: Dzięki siłom van der Waalsa łączącym warstwy, ciepło może być szybko przenoszone w płaszczyznach warstw. W związku z tym grafityzowany koks naftowy charakteryzuje się również dobrą przewodnością cieplną, co czyni go odpowiednim do produkcji materiałów rozpraszających ciepło i innych zastosowań.
Właściwości mechaniczne: Struktura krystaliczna grafityzowanego koksu naftowego zapewnia mu pewną wytrzymałość mechaniczną. Jednak w porównaniu z materiałami metalicznymi, jego warstwowa struktura powoduje słabsze wiązania międzywarstwowe, co przekłada się na stosunkowo niższą wytrzymałość na zginanie i ściskanie. Ta właściwość zapewnia grafityzowanemu koksowi naftowemu przewagę w zastosowaniach, w których musi on wytrzymać określone ciśnienia, ale nie wymaga wysokiej wytrzymałości.