โครงสร้างจุลภาค (โครงสร้างผลึก) ของปิโตรเลียมโค้กที่ผ่านกระบวนการกราไฟต์มีลักษณะอย่างไร?

1. ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างผลึก

โครงสร้างแบบชั้น: โครงสร้างผลึกของถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ประกอบด้วยโครงข่ายระนาบของอะตอมคาร์บอนหกเหลี่ยม โครงข่ายระนาบเหล่านี้เรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ ก่อให้เกิดโครงสร้างแบบชั้นทั่วไป ชั้นต่างๆ เชื่อมต่อกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่ค่อนข้างอ่อน ซึ่งทำให้กราไฟต์มีคุณสมบัติในการหล่อลื่นและมีความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
ค่าคงที่ของแลตติส: หลังจากการบำบัดด้วยกราไฟต์ ค่าคงที่ของแลตติส (a₀ และ c₀) ของปิโตรเลียมโค้กจะเข้าใกล้ค่าของกราไฟต์ธรรมชาติ ซึ่งบ่งชี้ถึงความคล้ายคลึงกันในโครงสร้างผลึกในระดับสูง คุณสมบัติทางโครงสร้างนี้ทำให้ปิโตรเลียมโค้กที่ผ่านกระบวนการกราไฟต์มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม
พารามิเตอร์ของไมโครคริสตัล: การใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ สามารถคำนวณพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ระยะห่างระหว่างชั้น (d₀₀₂) เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของชั้น (Lₐ) และความสูงของการเรียงซ้อน (Lc) ของไมโครคริสตัลในปิโตรเลียมโค้กที่ผ่านกระบวนการกราไฟต์ได้ พารามิเตอร์เหล่านี้สะท้อนถึงขนาดและการจัดเรียงของไมโครคริสตัล และเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการประเมินระดับการกราไฟต์

II. ผลกระทบของกระบวนการกราไฟต์

การเปลี่ยนจากสถานะอสัณฐานเป็นสถานะผลึก: ก่อนการกราไฟต์ โครงสร้างคาร์บอนของปิโตรเลียมโค้กจะเป็นอสัณฐาน ซึ่งมีลักษณะเป็นโครงสร้างวัสดุแบบ “ไม่เป็นระเบียบในระยะยาว เป็นระเบียบในระยะสั้น” เมื่อผ่านกระบวนการกราไฟต์ (โดยทั่วไปจะดำเนินการที่อุณหภูมิสูงตั้งแต่ 2500°C ถึง 3000°C) คาร์บอนอสัณฐานจะค่อยๆ เปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างผลึกกราไฟต์สามมิติที่เป็นระเบียบ
ขนาดของไมโครคริสตัลไลต์เพิ่มขึ้น: ในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ ความหนาเฉลี่ย (Lc) และความกว้างเฉลี่ย (Lₐ) ของเกล็ดโครงสร้างคาร์บอนจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ระยะห่างระหว่างชั้น (d) จะลดลง ส่งผลให้ขนาดของไมโครคริสตัลไลต์เพิ่มขึ้นและโครงสร้างผลึกสมบูรณ์ยิ่งขึ้น
การลดลงของความต้านทาน: เมื่อระดับการเกิดกราไฟต์เพิ่มขึ้น ความต้านทานของถ่านโค้กปิโตรเลียมที่ผ่านกระบวนการกราไฟต์จะลดลงอย่างมาก เนื่องจากในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ การจัดเรียงของอะตอมคาร์บอนจะมีความเป็นระเบียบมากขึ้น ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นภายในระนาบของชั้น ส่งผลให้การนำไฟฟ้าดีขึ้น

III. ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติ

การนำไฟฟ้า: โครงสร้างผลึกแบบชั้นของถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในระนาบของชั้น ส่งผลให้มีการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม คุณสมบัตินี้ทำให้ถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านต่างๆ เช่น วัสดุอิเล็กโทรดและสารเติมแต่งนำไฟฟ้า
การนำความร้อน: เนื่องจากแรงแวนเดอร์วาลส์ที่เชื่อมต่อชั้นต่างๆ ทำให้ความร้อนสามารถถ่ายเทได้อย่างรวดเร็วภายในระนาบของชั้น ส่งผลให้ถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์มีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตวัสดุระบายความร้อนและงานประยุกต์อื่นๆ
คุณสมบัติทางกล: โครงสร้างผลึกของถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ทำให้มีความแข็งแรงทางกลในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะ โครงสร้างแบบชั้นของมันส่งผลให้การยึดเกาะระหว่างชั้นอ่อนแอลง ทำให้มีความแข็งแรงดัดงอและแรงอัดค่อนข้างต่ำ คุณลักษณะด้านสมรรถนะนี้ทำให้ถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์มีข้อได้เปรียบในการใช้งานในสถานการณ์ที่ต้องการทนต่อแรงดันในระดับหนึ่ง แต่ไม่ต้องการความแข็งแรงสูง