石墨板石墨化過程及其轉化條件
石油焦等焦炭材料為什么能轉化為石墨,以及需要什么樣的條件才能轉化?了解這個問題,對我們掌握石墨板石墨化生產工藝是有指導意義的。
前面已經介紹了石墨是結晶形碳,而一般煤炭是非晶形碳——無定形碳。這里進一步介紹兩者在微觀結構方面的差別。
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,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?!睘闇y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)形結構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,從化學角度看是以芳香烴縮合環(huán)為基本結構單元的復雜有機高分子化合物。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,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,因而顯現不出天然石墨那樣的物理性質。