两种石墨类炭材料的显微结构研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 林青云 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 叶恒强 ; 贺连龙 |
| 关键词 | 掺杂石墨 石墨化泡沫炭 热解炭 显微结构与缺陷 透射电子显微学 doped graphite graphitic carbon foam pyrocarbon microstructure and defect transmission electron microscope (TEM) |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | "石墨类炭材料具有低密度、高比强以及良好的传热、导电等优异性能，从而得到了深入研究和广泛应用。其中，良好的导热性能成为关注的重点之一，并由此开发了一系列新兴的高导热石墨类材料。众所周知，材料的微观结构决定其宏观性能，目前对于这类新型石墨材料的微观结构，特别是原子尺度的显微结构研究，还很不充分，有待进一步深入。本论文运用透射电镜相关技术(TEM)，细致研究了两种典型高导热石墨类炭材料的显微结构与缺陷，具体工作如下： 一、掺杂石墨 利用选区电子衍射(SAED)结合高分辨(HRTEM)技术首次发现了单独存在的菱方石墨相 (ABC...)，颠覆了传统意义上对菱方石墨存在形式的认识。同时，分析了菱方石墨的另外两种存在形式：与六方堆垛共存的ABC...+AB...结构、以及互为孪晶关系的两种菱方相与六方堆垛共存的ABC...+ACB...+AB...结构。此外，还首次发现了AA...周期堆垛的简单六方石墨结构，其局部存在于六方石墨结构中，这也从根本上打破了传统意义上对石墨基面堆垛形式的局限性认识。对三种石墨相分别进行了高分辨像模拟，证实所得高分辨像均对应其各自的真实结构，从而首次从实验上证实了单独菱方石墨晶粒及简单六方石墨的存在。 利用SAED与HRTEM对掺杂组元Si、Ti的碳化物进行细致分析，从而探讨了其催化石墨化的机理。其中，SiC通过碳化物分解催化石墨化，催化完成后逸出基体，仅少量以片层形式夹杂在TiC晶粒之间或者镶嵌其中，两者之间较低能量的界面结合限制了SiC的分解逸出。与之前普遍认为的TiC仅液相转化催化石墨化的观点不同，除此之外，根据SAED与HRTEM分析，首次从实验角度提供了TiC分解催化机理的证据；并进一步归纳了残留TiC与石墨基体的多种共生关系，合理探讨了石墨析出时相对于TiC的取向关系对基面堆垛规律的影响。 利用HRTEM分析了石墨晶体中由基面和非基面不全位错引起的基面堆垛层错。通过SAED和HRTEM研究了石墨晶体中的整体位移缺陷与旋转缺陷。此外，结合SAED细致分析了石墨中[1-100]、[11-20]型扭折的结构，建立了与实验结果相匹配的界面位错模型，分析了由扭折引起的六方石墨与菱方石墨相变、以及互为孪晶关系的菱方石墨间的相变，并建立了扭折形成过程中，位错萌生、运动及聚集形成扭折界面的结构模型。 二、石墨化泡沫炭 利用TEM细致分析了泡沫炭韧带与结点处的显微缺陷结构。其中韧带的石墨化较为完全，片层排列规则致密，但其内部存在层错、旋转缺陷、位移缺陷以及应力导致的局部区域晶格畸变等缺陷结构；同时韧带边缘形成竖直片层，从而否定了关于泡沫炭在双向气压下不可能形成竖直片层锚定状态的观点。而结点处的整体形貌为三角叉或多角叉形，平直延伸、石墨化程度较好的石墨片层仅存在于有限区域，同时其排列较为疏松且存在较多的分层、裂纹；炭层之间还存在扭折、弯曲、折叠等缺陷结构，并诱发基面的位移缺陷、裂纹以及孔洞的形成。 对内壁沉积的热解炭结构及其与基体的界面结合进行了细致研究，并合理分析了热解炭织构与界面结构的区域性差异的具体原因。韧带上沉积的热解炭为双层平直炭层，其中内层的取向有序度更高；韧带边缘竖直片层之间的裂缝也被热解炭致密填充。结点本身结构的复杂性决定其上热解炭结构的多样性，大致存在三类：双层平直热解炭；存在过渡层的双重球状热解炭；没有过渡层的单一炭球，此种情况下，炭层收缩产生的应力导致裂缝的形成和应力石墨化效应，在内外层热解炭间形成约200nm厚的石墨片层结构。热解炭以泡沫炭基体表面为模板叠加沉积微晶面，此外，石墨晶粒的端面与侧面活性位浓度差导致端面上沉积有两层非晶炭结构；而侧面上直接沉积热解炭，且其微晶尺寸比端面的稍大。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64488]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 林青云. 两种石墨类炭材料的显微结构研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。