Millainen on grafitoidun maaöljykoksin mikrorakenne (kiderakenne)?

I. Kristallirakenteen ominaisuudet

Kerrosrakenne: Grafitoituneen maaöljykoksin kiderakenne koostuu kuusikulmaisten hiiliatomien tasomaisista verkostoista. Nämä tasomaiset verkostot pinoutuvat kerros kerrokselta muodostaen tyypillisen kerrosrakenteen. Kerrokset ovat yhteydessä toisiinsa suhteellisen heikoilla van der Waalsin voimilla, jotka antavat grafiitille voitelevuutta ja anisotropiaa.
Hilavakiot: Grafitointikäsittelyn jälkeen maaöljykoksin hilavakiot (a₀ ja c₀) lähestyvät luonnongrafiitin vakioita, mikä osoittaa niiden kiderakenteiden suurta samankaltaisuutta. Tämä rakenteellinen ominaisuus mahdollistaa grafitoidun maaöljykoksin erinomaisen sähkön- ja lämmönjohtavuuden.
Mikrokiteiset parametrit: Röntgendiffraktiolla voidaan laskea grafitoituneen maaöljykoksin mikrokiteiden välikerroksen etäisyys (d₀₀₂), keskimääräinen kerroksen halkaisija (Lₐ) ja pinoamiskorkeus (Lc). Nämä parametrit heijastavat mikrokiteiden kokoa ja järjestystä ja toimivat tärkeinä indikaattoreina grafitoitumisasteen arvioinnissa.

II. Grafitointiprosessin vaikutukset

Siirtyminen amorfisesta kiteiseen tilaan: Ennen grafitointia maaöljykoksin hiilirakenne on amorfinen, jolle on ominaista "pitkän kantaman epäjärjestynyt, lyhyen kantaman järjestäytynyt" materiaalirakenne. Grafitointikäsittelyn avulla (tyypillisesti korkeissa lämpötiloissa 2500–3000 °C) amorfinen hiili muuttuu vähitellen järjestäytyneeksi kolmiulotteiseksi grafiittikiderakenteeksi.
Mikrokiteiden koon kasvu: Grafitisoinnin aikana hiilihilahiutaleiden keskimääräinen paksuus (Lc) ja leveys (Lₐ) kasvavat, kun taas välikerrosten välinen etäisyys (d) pienenee. Tämä johtaa mikrokiteiden koon kasvuun ja täydellisempään kiderakenteeseen.
Resistiivisyyden lasku: Grafitoitumisasteen kasvaessa grafitoituneen maaöljykoksin resistiivisyys pienenee merkittävästi. Tämä johtuu siitä, että grafitoitumisen aikana hiiliatomien järjestyminen muuttuu järjestäytyneemmäksi, jolloin elektronit voivat liikkua vapaammin kerrostasoissa ja siten parantaa sähkönjohtavuutta.

III. Mikrorakenteen ja ominaisuuksien välinen suhde

Sähkönjohtavuus: Grafitoidun maaöljykoksin kerrostettu kiderakenne mahdollistaa elektronien vapaan liikkumisen kerrostasoissa, mikä johtaa erinomaiseen sähkönjohtavuuteen. Tämä ominaisuus tekee grafitoidusta maaöljykoksista laajalti sovellettavissa esimerkiksi elektrodimateriaaleissa ja johtavissa lisäaineissa.
Lämmönjohtavuus: Kerroksia yhdistävien van der Waalsin voimien ansiosta lämpö voi siirtyä nopeasti kerrosten sisällä. Näin ollen grafitoitu maaöljykoksi on myös hyvin lämmönjohtava, mikä tekee siitä sopivan lämmönpoistomateriaalien valmistukseen ja muihin sovelluksiin.
Mekaaniset ominaisuudet: Grafitoidun maaöljykoksin kiderakenne antaa sille tietyn mekaanisen lujuuden. Metallisiin materiaaleihin verrattuna sen kerrosrakenne johtaa kuitenkin heikompaan kerrosten väliseen sidokseen, mikä johtaa suhteellisen alhaisempiin taivutus- ja puristuslujuuksiin. Tämä ominaisuus antaa grafitoidulle maaöljykoksille sovellusedun tilanteissa, joissa sen on kestettävä tiettyjä paineita, mutta ei vaadi suurta lujuutta.