1. Загальні відомості про процес графитации
У широкого кола вуглецевих матеріалів - від копалин вугілля до природного графіту - мається на основі один і той же утворили двовимірна плоска вуглецева сітка Процес перетворення двовимірної структури вуглецевих сіток в тривимірну і становить процес графитации.
Рентгенографические дослідження природних графітів, найбільш близьких до структурі ідеального кристала графіт, показали, що атоми вуглецю розташовані у вигляді паралельних шарів, відстань між якими в граничному випадку становить 0,33526 +0,00002 мм. У кожній площині вуглецеві атоми утворюють сітку правильних шестигранників з відстанню між атомами 0,142 нм. Різниця в способі взаємної укладання плоских шестикутних сіток відносно один одного визначає наявність двох типів решітки графша - гексагональної і ромбоедричної.
Рис. 1 Структура гексагональної (a) і ромбоедричної (b) форм вуглецю
Гексагональна структура найбільш поширена і являє собою грати, де вуглецеві атоми в кожній площині лежать над і під центрами правильних шестикутників, що знаходяться в нижче-і вищерозташованих площинах.
Таким чином, один шар зсувається в горизонтальному напрямку по відношенню до розташованого вище, на величину, яка дорівнює відстані між атомами в шарі С-С (0,142 нм).
В ромбоедричної решітці графіту також є плоскі шестикутні сітки, які зрушені на величину (- 0,142 нм) одного і того ж знака.
У природних графіту вміст кристалів ромбоедричної модифікації може досягати 30%, в штучних графіту вона, як правило, не спостерігається.
Свідченням більшої стабільності гексагональної модифікації кристалів графіту є повний перехід в неї ромбоедричного графіту при температурах термообробки 2000 - 3000 С.
графітуванні, що представляє собою збільшення розмірів кристалів внаслідок рекристалізації, починається для кожного вуглецевого сировини при певній температурі. Для кожної температури графітуванні йде дуже швидко і до певної межі.
Гомогенна графітуванні припускає протікання процесів графитации в одній твердій фазі і характерна для графіто вуглецевих матеріалів при 2300 - 3000 С. Гетерогенна графітуванні через газову фазу має місце при температурах вище 3200 ° С і характерна для неграфітірующіхся речовин. Можлива гетерогенна графітуванні і через рідку фазу.
При гомогенної графитации графіто вуглецевих матеріалів переходу в стан тривимірної впорядкованості передує зростання діаметра шарів шляхом злиття в шари сусідніх сіток і приєднання неупорядкованого вуглецю. Кількісно це зростання можна характеризувати величиною діаметра шару. За даними Франклін, в інтервалі 1000-2000 ° С діаметр шарів нафтових коксів збільшується з 1,5 до 20 нм, а межслоевое відстань майже не змінюється. На стадії вище 2000 ° С зростання діаметра шару сповільнюється, а зменшення значно, що свідчить про процес азимутальной впорядкованості вуглецевих шарів відносно один одного, з наближенням кристалічної решітки до ідеальної структурі.
Ці два процеси супроводжуються третім - упаковкою гексагональної вуглецевої сітки в паралельні шари з утворенням пакетів різної товщини. Між добре графіто вуглецевими речовинами і неграфітірующіміся по гомогенного механізму, розташований великий клас матеріалів, який при одній і тій же температурі графитации може мати зовсім різні ...
