Формирование кристаллической структуры углеродных и карбидкремниевых материалов

• Автор: Беленков, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 327 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ И КАРБИДКРЕМНИЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ и

1.1. Структура углеродных материалов

1.1.1. Строение атома углерода и углерод-углеродные связи ]

1.1.1. Идеальные структуры (графит, алмаз, карбин) [ §

1.1.1. Дефекты в реальных кристаллах графита

1.1.1. Углеродные материалы

1.1.1. Модели формирования кристаллической структуры графита

1.1.1. Влияние примесей на кристаллообразование в углеродных материалах 3^

1.1.1. Структура и синтез углеродных волокон

1.1.1. Структура и синтез фуллеренов и углеродных нанотрубок

1.1.1. Новые структурные модификации углеродных материалов
1.2. Структура карбидкремниевых материалов ^
1.2.1 Получение карбида кремния 0^
1.2.1 Кинетика кристаллообразования в БЮ материалах и влияние
на этот процесс различных факторов
1.2.1 Влияние примесей на кристаллообразование в системе С - Б1
1.3. Влияние размеров кристаллов на их структуру ^
1.4. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
2.2 Рентгеноструктурные методы исследования
2.2.1 Рентгеноструктурный анализ
2.2.2 Выделение профиля дифракционной линии, не искаженного инструментальным уширением § I
2.2.3. Методика определения параметров тонкой структуры методом четвертого момента §
2.3. Метод атом-атомного потенциала §
2.3.1. Моделирование структуры микрокристаллов, входящих в
состав коксов §
2.3.2. Моделирование кристаллической структуры углеродных волокон
2.3.3. Моделирование структуры многослойных углеродных нанотрубок
2.4. Методика моделирования процесса размола графита
2.5. Программное обеспечение и ЭВМ
2.6. Электронная микроскопия

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФОРМЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ МАКСИМУМОВ «, ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Методика разделения асимметричных дифракционных максимумов на компоненты
3.2. Результаты разделения асимметричных дифракционных максимумов на компоненты, соответствующие метастабильным фазам
3.3. Моделирование асимметрии дифракционных максимумов, обусловленной зависимостью межслоевых расстояний от размеров кристаллов
3.4. Методика определения функции распределения кристаллов по размерам по форме рентгеновских дифракционных максимумов
3.5. Основные результаты главы
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
* 4.1. Кристаллическая структура коксов и антрацитов
4.1.1. Изменение структуры коксов с низким содержанием примесей при термообработке
4.1.2. Изменение структуры коксов содержащих примесь серы 1,53 мас.% при термообработке
4.1.3. Изменение структуры коксов содержащих примесь серы 2,5 мас.% при термообработке
4.1.4. Изменение структуры коксов содержащих добавки окиси хрома при термообработке
4.1.5. Взаимосвязь между параметрами структуры, характеризующими структуру углеродных материалов
4.2. Структура углеродных волокон
4.2.1. Изменение структуры углеродного волокна в процессе термообработки
4.2.2. Влияние максимальной температуры обработки на структуру углеродных волокон
4.2.3. Влияние параметров термо-механической обработки на структуру углеродного волокна
♦ 4.3.4. Взаимосвязь параметров структуры углеродных волокон
4.3. Структура углеродного депозита, содержащего углеродные нанотрубоки
4.4. Основные результаты главы

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ БЮ МАТЕРИАЛОВ
5.1. Кристаллообразование на начальных стадиях взаимодействия в
■л системах С-Бц С-БьСи, С-Б1-А1
5.2. Формирование кристаллической структуры С-81С-БьА1 композитов
5.3. Формирование кристаллической структуры С-Б1С-БьСи-Ме композитов (Ме = Бп, А1, №)
5.4. Основные результаты главы 5
ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
6.1. Расчеты энергетически выгодной структуры углеродных кристаллов малого размера
6.2. Связь межатомных расстояний с размерами кристаллов в коксах
6.3. Расчет энергетически выгодной структуры углеродных волокон
6.4. Связь межатомных расстояний с размерами кристаллов в углеродных волокнах
6.5. Межслоевые расстояния в многослойных углеродных нанотрубках
6.6. Анализ межтрубочных взаимодействий
6.7. Межслоевые расстояния в многослойных фуллеренах
^ 6.8. Моделирование изменения размеров кристаллов при размоле графита
6.9. Моделирование структуры графанофуллеренов и графановых нанотрубок
6.10. Полиморфные модификации карбида кремния
6.11. Основные результаты главы 6
ГЛАВА 7. МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ И КАРБИДКРЕМНИЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
7.1. Влияние размерного фактора на кристаллическую структуру 265 углеродных материалов
7.2. Равновесная огранка кристаллов коксов и углеродного волокна
7.3. Гомогенная графитация углеродных материалов
7.4. Гетерогенная графитация углеродных материалов
7.5. Структурная трансформация плохографитируемых углеродных материалов
7.6. Формирование кристаллической структуры Б1С материалов
* 7.7. Механизм формирования полиморфных модификаций Б1С
7.8. Классификация углеродных кристаллических структур
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

заключение, что вообще термин "турбостратный углерод" является неверным и его использование должно быть прекращено [60-62].
Выводы о существовании метастабильных фаз делаются Брэггом с соавторами на основании данных, получаемых в результате анализа профилей рентгеновских дифракционных максимумов по методикам, в которые изначально закладывалось существование фаз, существование которых необходимо доказывать. Поэтому их точка зрения на строение углеродных материалов подвергается критике, так как прямых доказательств реальности существования метастабильных фаз нет. Так Матеос, Ромеро и Гомес де Салазар опубликовали статью [63] в которой было показано, что возможна экспериментальная проверка существования метастабильных фаз при наблюдении дифракционных максимумов 001 высоких порядков. Чем больше угол дифракции, тем больше угловое расстояние между дифракционными линиями соседних метастабильных фаз. Дифракционный максимум 006 уже позволяет раздельно наблюдать линии каждой фазы. Однако экспериментальные дифракционные максимумы 006 нефтяных коксов наблюдаются размытыми, что свидетельствуют об отсутствии метастабильных фаз, по крайней мере, в изученных нефтяных коксах. Тем не менее, идея о многофазности углеродных материалов этими авторами также была поддержана и выполнено разделение рентгеновских линий (не только 002) на компоненты соответствующие трем фазам: ромбоэдрическому и гексагональному графиту, а также турбостратному углероду (гауссовские кривые). Считалось, что межплоскостное расстояние в турбостратном углероде и графите может меняться в широком диапазоне [63]. Аналогичной точки зрения придерживается В.Ф. Плешаков, успешно разделявший дифракционные линии на компоненты, соответствующие турбостратному углероду и графитам [64].
Недостатком рассмотрения графитации как последовательных фазовых переходов из одной метастабильной фазы в другую, является невозможность объяснить, почему существуют плохо графитирующиеся углеродные