I. Kenmerken van de kristalstructuur
Gelaagde structuur: De kristalstructuur van gegrafiteerde petroleumcokes bestaat uit vlakke netwerken van hexagonale koolstofatomen. Deze vlakke netwerken zijn laag voor laag op elkaar gestapeld en vormen zo een typische gelaagde structuur. De lagen zijn met elkaar verbonden door relatief zwakke van der Waals-krachten, die grafiet smerende eigenschappen en anisotropie verlenen.
Roosterconstanten: Na de grafitisatiebehandeling benaderen de roosterconstanten (a₀ en c₀) van petroleumcokes die van natuurlijk grafiet, wat wijst op een grote gelijkenis in hun kristalstructuren. Deze structurele eigenschap zorgt ervoor dat gegrafiteerde petroleumcokes een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid vertoont.
Microkristallijne parameters: Met behulp van röntgendiffractie kunnen parameters zoals de interlaagafstand (d₀₀₂), de gemiddelde laagdiameter (Lₐ) en de stapelhoogte (Lc) van de microkristallen in gegrafiteerde petroleumcokes worden berekend. Deze parameters weerspiegelen de grootte en de rangschikking van de microkristallen en dienen als belangrijke indicatoren voor het beoordelen van de mate van grafitisatie.
II. Effecten van het grafitisatieproces
Overgang van amorfe naar kristallijne toestand: Vóór de grafitisatie is de koolstofstructuur van petroleumcokes amorf, gekenmerkt door een materiaalstructuur met "lange-afstandswanorde en korte-afstandsorde". Door middel van grafitisatie (doorgaans uitgevoerd bij hoge temperaturen van 2500 °C tot 3000 °C) transformeert de amorfe koolstof geleidelijk in een geordende driedimensionale grafietkristalstructuur.
Toename van de microkristallietgrootte: Tijdens de grafitisatie nemen de gemiddelde dikte (Lc) en breedte (Lₐ) van de koolstofroosterplaten toe, terwijl de tussenlaagafstand (d) afneemt. Dit resulteert in een toename van de microkristallietgrootte en een meer perfecte kristalstructuur.
Vermindering van de soortelijke weerstand: Naarmate de mate van grafitisatie toeneemt, neemt de soortelijke weerstand van gegrafiteerde petroleumcokes aanzienlijk af. Dit komt doordat tijdens de grafitisatie de rangschikking van koolstofatomen geordender wordt, waardoor elektronen zich vrijer tussen de lagen kunnen bewegen en de elektrische geleidbaarheid verbetert.
III. Verband tussen microstructuur en eigenschappen
Elektrische geleidbaarheid: De gelaagde kristalstructuur van gegrafiteerde petroleumcokes maakt het mogelijk dat elektronen vrij bewegen binnen de lagen, wat resulteert in een uitstekende elektrische geleidbaarheid. Deze eigenschap maakt gegrafiteerde petroleumcokes breed toepasbaar in gebieden zoals elektrodematerialen en geleidende additieven.
Thermische geleidbaarheid: Door de van der Waals-krachten die de lagen verbinden, kan warmte snel tussen de lagen worden overgedragen. Hierdoor vertoont gegrafiteerde petroleumcokes ook een goede thermische geleidbaarheid, waardoor het geschikt is voor de productie van warmteafvoerende materialen en andere toepassingen.
Mechanische eigenschappen: De kristalstructuur van gegrafiteerde petroleumcokes geeft het een zekere mechanische sterkte. In vergelijking met metalen materialen resulteert de gelaagde structuur echter in zwakkere bindingen tussen de lagen, wat leidt tot relatief lagere buig- en druksterkte. Deze eigenschap geeft gegrafiteerde petroleumcokes een voordeel in toepassingen waar het bepaalde drukken moet kunnen weerstaan, maar geen hoge sterkte vereist.
Geplaatst op: 28 augustus 2025