石墨板石墨化過程及其轉(zhuǎn)化條件
石油焦等焦炭材料為什么能轉(zhuǎn)化為石墨,以及需要什么樣的條件才能轉(zhuǎn)化? 了解這個問題,對我們掌握石墨板石墨化生產(chǎn)工藝是有指導(dǎo)意義的。
前面已經(jīng)介紹了石墨是結(jié)晶形碳,而一般煤炭是非晶形碳——無定形碳。這里進(jìn)一步介紹兩者在微觀結(jié)構(gòu)方面的差別。
用電子顯微鏡觀察天然石墨可以看到,石墨是碳原子間呈六角環(huán)形片狀體的多層疊合晶體。這種晶體的片狀體中層與層之間有一定排列順序,上一層片狀體中六角環(huán)形的一個角位于鄰層片狀體六角環(huán)形的中心上(見圖9 - 1 ),第一層與第三層完全對稱,而第二層與第四層完全對稱,相鄰的層與層的距離為3.354埃(注埃”為測量可見光波波長 的單位,等于1厘米的一億分之一,即A= 10_8厘米)。在片狀體的每個六角環(huán)形結(jié)構(gòu)中 相鄰的兩個碳原子之間的距離為1.42埃。
石油焦、瀝青焦等易石墨化性炭,從化學(xué)角度看是以芳香烴縮合環(huán)為基本結(jié)構(gòu)單元的復(fù)雜有機(jī)高分子化合物。由于成焦溫度不一樣,這些高分子化合物的分子量也不一樣。
它們有共同的特點(diǎn),即成焦溫度越高分子量越大,而且以芳香烴縮合環(huán)為基本構(gòu)造單元的高分子化合物在形成大分子時首先向平面方向發(fā)展。在鍛燒溫度下,雖然這種以芳香烴縮合環(huán)為基本構(gòu)造單元的高分子化合物在平面方向不斷合并,分子量越來越大,氫、氧、氮等元素逐漸減少。
但是,在許多平面狀大分子之間還沒有形成規(guī)律性的重疊排列。有的雖然已在進(jìn)入排列狀態(tài),但平面狀大分子的層與層之間距離較大,因而顯現(xiàn)不出天然石墨那樣的物理性質(zhì)。