Введение к работе
Лктуадьаость темы.
Ультрадисперсные системы с размером кристаллов ~ ю ни в ряде современных технологий являются дибо промежуточным, либо конечным продуктом синтеза. Система в таком состоянии обладает избыточной поверхностной энергией и поэтому неравновесна. При нагревании в ней развивается процесс рекристаддизадии. приводящий к укрупнению кристаллов н. следовательно, к уменьшению поверхностной энергии. Процесс Формирования кристаллов мохет развиваться во многих двсперсных састемаз. з частности, в пара-кристаллическом углероде, а таххе в C-SIC композшшошшх материалах в усдогненных условиях, когда в ультрадисперсної* снс-тене происходит фазово* вревраиензе.
Научный я практический интерес к кссяедованнэ процессов. развивавшихся в таких системах, обусловлен тем. что влияние Фазовых преврапенип на эводхжн» малых кристаллов остаются мало изученным, а граФиткрованные углеродные материала и C-S1C кокпозиты широко принешпзтся в различных областям техника, обеспечиваюинх технический прогресс (черная и цветная иетал-яургия. радио-электротехника, авиапионно-космическая техника. атонная энергетика). В последние десятилетия в связи с изменением сырьевых ресурсов предпринимаются попытки ПИРОКОГО использования для синтеза граФитнрованных изделий так называемых высокоеepHHCTHS (содержание серы более 1 насс*) углеродных иатериаяов. Однако проблема остается не реаениоа так їсак до настояиего времени закономерности перегода ультрадисперсного углерода, содержащего структурновходяиие принеси, в гра-
- ч -Фит остаются не достаточно изученными.
Целью работы является изучение элементарных актов кристаллообразования и влияние на этот процесс фазовых превращения в ультрадисперсных системак С и C-Si. установление последовательности их протекания, создание модели формирования и роста кристаллов новой Фазы, а такхе выяснение механизма влияния на эти процессы примесей.
Основные задачи работы заключались в следуювен :
изучение особенностей перехода углеродных материалов, содерхаших структурновходяшие принеся, в граФит;
изучение особенностей твердофазного взаимодействия в системе угдєрод-крєкнкй и влияния принесен на этот процесс;
разработка и усовершенствование методик рентгеностргк-турвого анализа, позволяющих изучать закономерности кристаллообразования и фазовых переходов в систенах. Фазы которых незначительно отличающиеся по параметру кристаллической решетки.
Нетоды исследования. В отличие от предшествующих исследований, в которых применяли традиционные интегральные нетоды, в настояшеи работе использовали специально разработанные и усовершенствованные методики анализа данных рентгеновских исследований, которые позволили подучить кнфориапн» о Фазовой составе материала, изучать кинетику кристаллообразования и Фазовых превращений в ультрадисперсной систеке. Пространственное распределение фаз и их дисперсность исследовали нетодами растровой и трансмиссионной электронной микроскопии, а также методом электронно -зондовсго никроанализа.
Научная новизна. Проведено систеиатическое исследование процесса кристаллообразования в ультрадисперсных системах С и
5 -С - 51 в интервале температур Фазовых преврапеиня. Установлено, что быстрый рост размеров кристаллов новой фазы в ультра-дисперснон углероде, содержлиен структурновходяпуї) иркнесь. и а удьтралисперсноя системе 51 С стимулирован «азоным превращением. Быстрое протекание процесса кристаллообразования в локальных микрообъемах ультрадисперсноя системи обуславливает пгявление пространственной неоднородности материала.
Исследована кинетика кристаллообразования в системе С-Si в интервале температур Фазового преврапения, изучено влияние добавок Си и А! на дроаесс твердофазного взаимодействия угле рода и кремния.
Разработана новая методика разделения слоззшз дифракционных максимумов на два, а такге усовершенствованы метод четвертого момента я кетод выделения Функции Физического гвирения.
Проведено натематическое моделирование процессов кристаллообразования и структурного упорядочения в ультрадисперс-ном углероде н углеродных волокнах. Исследована связь параметров кристаллической репетки с разнераки кристаллов. Практическая значимость работы: Установленные закономерности кристаллообразования, стимулированного фазовый превращением могут, быть использованы для совершенствования технологии производства углеродных граФити-роваяяых материалов. С - Si - не композитов, углеродных волокон. Конкретные данные по взаимосвязи кристаллообразования и Фазового превраыення. влиянию примесей на этот пропесс использованы при решении практических задач в области синтеза композиционных материалов C-Sl-He. а также углеродных волокон.
- 6 -Основные полоаеиня выносимые иа залшту:
-
Быстрый рост разнеров кристаллов новой Фазы в ультрадисперсном углероде, содерхашен примесь серп и водорода, и в ультрадисперсной систене Sl-С стимулирован Фазовая превращением. В дисперсном углероде активирование нассопереноса и роста кристаллов обусловлено резким увеличением концентрации вакансий в интервале температур химического превраиения. в C-Si системе - локальним повышением тенпературы вследствие экзотермического характера твердофазного взакмо действия углерода с кренниен.
-
Установление Фазового равновесия в дисперсной системе. содержащей структурновеодішую примесь, завершается за время, более чем в 100 раз превывахшее вреня образования отдельных кристаллов. В результате такого развития процесса ухе после термообработки при 1200 - 1600С Формируется двухконпонентный углеродный материал, состоящий из крупных кристаллов графита и ультрадисперсного углерода. Повышение тенпературы обработки стинулиргет увеличение количества кристаллов графита.
-
Разработана методика разделения сдокных дифракционных максимумов на два. применение которой позволило провести анализ дашшх на более глубоком уровне и установить новые данные по закономерности процессов Фазового превращения и кристаллообразования в удътрздисперсном углероде.
-
В углеродных материалах с размером кристаллов невее 200 л существует линейная область энергетически выгодных сдвигов углеродных слоев, составляющих кристаллы, в результате этого углеродные елок получают возможность совершать безактивадионние относительные сдвиги на расстояния порядка
- 7 -периода кристаллической реиетки в плоскости (002). что додхио дополнительно стимулировать быстрое протекание процессов Формирования кристаллов в ультрадисперснон углероде. 5. Добавки меди и алюкинин оказывают существенное влияние на процесс твердофазного взаимодействия углерода и кремнии : в C-S1-AI системе кристаллы Sic Форнируются быстрее и имеют большие размеры, чем таковые. Формирующиеся н системе, не содераааей примесь. Добавка Си. напротиа. замедляет процесс роста кристаллов Sic. Интенсивное формирование кристаллов Sic в присутствии А1 обусловлено тем, что он вступает во взаимодействие с углеродом и образует неустойчивые карбиды алюминия посдедуюаее разложение которых стимулирует рост кристаллов карбида кремній.
Апробашія работы. Основные результати работа докладыва-
лись и обсуждались на XI всесоюзной совещании по рентгенографии минерального сырьа( Ниасс. 1989 ), Региональной конференции 'Применение физических и гинических методов в исследовании вещества" ( Владивосток. 1989 ), Неждународной конференции по ХТТ ( Одесса, 1990 ), Научно-техническом семинаре "Получение а применение дисперсных материалов* ( Челябинск, 1991 1, XIII меадувародном совевании по рентгенографии минерального сырья { Белгород, 1995 ).
Публикации. Основные результаты работа опубликованы в
5 статьях и 6 тезисах докладов конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из обяей гарактеристіжя работа, обзора литературы ( 1 глава ). трех глав освовного текста, закдачевия и выводов, списка литературу < ізг наименования ). Обьеи диссертапяи составляет 1бб
