СТРУКТУРА ГРАФИТА

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
или с/2) равно 0,335 нм. В каждом слое атомы углерода образуют сетку правильных гексагонов с расстоянием с-с, равным 0,142 нм. Энергия углерод-углеродных связей в слое равна 420...460 кДж/моль. Энергия межслоевых связей определена равной 42 кДж/моль.
Согласно идеализированной кристаллической структуре, предложенной Берналом [10], атомы углерода в каждом слое располагаются точно над центром правильных гексагонов в соседнем верхнем слое (рис. 1.4), причем порядок упаковки выражается чередованием слоев ab ab ab.
Рис. 1.4. Гексагональная структура графита
Это означает, что по отношению к некоторой фиксированной оси с третий слой имеет точно такое же расположение атомов, что и первый, и т.д. Подобная структура соответствует гексагональной структуре с четырьмя атомами углерода в элементарной ячейке.
В другой идеализированной ромбоэдрической решетке были обнаружены такие же слои шестигранных сеток, однако каждый третий слой находится в таком отношении ко второму, в каком второй находится к первому (рис. 1.5).
Поэтому вдоль оси с получается сле-Ь дующая последовательность слоев: abc, abc. Относительное содержание этой модификации из-за смещения слоев изменяется при механической и химической обработке графита. Почти полное отсутствие ромбоэдрической упаковки слоев в искусственном графите и переход ромбоэдрической структуры в гексаго-Рис. 1.5. Ромбоэдрическая нальную при нагревании до температуры структура графита 2000 - 3000°С свидетельствуют о большей стабильности последней модификации [10].
Внутри каждого слоя атомы углерода соединены прочными ковалентными 5/г-гибридными связями. Из четырех валентных электронов углерода три участвуют в образовании а-связи, а четвертый — 7г-связи. Плоскости представляют собой систему сопряженных связей углерода, благодаря чему графит обладает рядом специфических свойств, и в частности высокой теплостойкостью. Расстояние между соседними слоями велико, и связь между ними слабая (примерно 4 ккал/г-атом) - по типу связи Ван-дер-Ваальса. Подобная структура предопределяет сильную анизотропию физико-механических свойств вдоль параллельных и перпендикулярных направлений к поверхности чешуек графита.
Кроме природного, известны искусственные графиты, получаемые различными способами.
У широкого круга углеродных материалов - от ископаемых углей до природного графита - имеется одно и то же образование: двумерная плоская углеродная сетка. Процесс превращения двумерной структуры углеродных сеток в трехмерную составляет процесс графитации [И].
Большое разнообразие марок конструкционных графитов объясняется различием их макро- и микроструктуры. Рассматривая структуру искусственных графитов на микроуровне, можно выделить общий для всех графитов структурный элемент - кристаллит, трехмерно упорядоченная область, имеющая параметры кристаллической решетки. Кристаллит нельзя отождествлять с монокристаллом графита, так как его кристаллическая структура имеет значительное количество дефектов. Число дефектов в кристаллите и их характер связаны с его размерами.
Свойства искусственных графитов, в первую очередь, определяются размерами кристаллитов, степенью их дефектности и их взаимным расположением, характеризующимся текстурой.
На рис. 1.6 показана идеальная структура графита. В действительности, как и всяким кристаллическим телам, графиту могут быть присущи различные дефекты, подразумевающие нарушения периодичности структуры кристалла.
Рис. 1.6. Схематическое изображение некоторых химических и структурных дефектов в графите
Некоторые возможные структурные и химические дефекты в графите также изображены на рис. 1.6.
Дефекты могут быть различных типов. Это прежде всего дефекты упаковки, дислокации, дефекты в связях решетки графита, внедрение чужеродных атомов в решетку графита, присутствие примесей. Гетероатомы могут не только внедряться в межслоевое пространство, но и занимать вакантные узлы в углеродных слоях.