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关于石墨设备键能大小是结合力强弱的重要标志

来源:未知发表时间:2018-11-12 18:06
      石墨具有六方晶格,在石墨的晶体中,碳原子有两种联结方式:基面上碳原子之间由共价键联结,而基面与基面之间由极性键联结。这两种键的键能不同,共价键的键能很强,而极性键的键能很弱,前者约等于后者的7倍。键能大小是结合力强弱的重要标志,也是导致石墨设备沿不同晶向生长速率不同的重要因素。
      初生石墨设备是在铁液中直接析出,铁液中的碳原子从各个方向以相等的机率扩散到石墨晶核处而使石墨晶体长大,因此石墨晶体的长大方式以及石墨的形态完全受到石墨的晶体结构以及铁液与石墨之间的界面能(主要是相间张力)所决定。从晶体生长理论出发,石墨沿基面生长是占优势的。因为在棱柱面的方向上存在着强的未饱和的键,在这些面生
长时不需要再形核,铁液中的碳原子即能直接地结合到未饱和的键上去。而在基面面上则不同,为了沿c向生长,需要在面上形成一定临界尺寸的二维晶核。而实际上,在基面上形成二维晶核的机率是很小的。这即是说,石墨在不同晶向的生长速率与其晶体结构的不对称性有关。
      但在另一方面,石墨沿不同晶向的生长速率还在很大程度上受到铁液-石墨之间界面能量的影响,石墨晶体要长大必须克服界面张力的作用,而由于石墨晶体结构的不对称性,使得铁液-棱柱面与铁液-基面间的界面张力不相等。在纯净(不含硫、氧等杂质)的铁液条件下,前者远大于后者,这就使得石墨沿a向生长时,所受到界面张力的约束作用,比沿C向生长时要大得多,因此在纯净铁液条件下,石墨晶体的长大,主要是沿C向而并非是沿a向。但沿C向的生长并非是一层层的基面叠加上去,而是以在基面上产生螺旋位错的方式长上去的。这种生长方式既免除了在基面上形核的困难,在生长时又只受到较小的界面张力的约束。石墨按照这种以c向为主的方式生长的结果是长成球状。
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