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1.蠕蟲(chóng)石墨板的形成
石墨板的密度為2360kg/m3,膨脹后的密度為800~ 1600kg/m3。石墨板之所以能產(chǎn)生體積膨脹,主要是因?yàn)榛瘜W(xué)處理和高溫加熱的結(jié)果。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)如崗化物、強(qiáng)氧化劑等進(jìn)入石墨層間時(shí),生成了石墨板插層化合物。這種層間化合物是不穩(wěn)定的,當(dāng)受到加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣化分解從層間外溢,溫度很高并且升溫速度比較快時(shí),使分解的沖力也比較人,層而之間被推開(kāi),卷起一個(gè)卷曲形狀的層疊體,和蠕蟲(chóng)形狀相似,因此俗稱(chēng)蠕蟲(chóng)石墨。這種膨脹過(guò)程只產(chǎn)生在層間垂直于層面的c軸方向。而在平行于層面方向(a向),由于層平面卷曲,出現(xiàn)面積縮小的趨勢(shì),鱗片直徑減小。
2.似蠕蟲(chóng)狀顯微結(jié)構(gòu)模型
將經(jīng)高溫加熱含插層化合物的石墨板,置于顯微鏡下觀察時(shí)其似蠕蟲(chóng)狀如圖2 - 1所示。為何會(huì)產(chǎn)生這樣形狀呢?可以這樣設(shè)想,當(dāng)插層化合物在石墨層間氣化時(shí),產(chǎn)生的氣體會(huì)形成一種壓力,同時(shí)沖擊兩個(gè)相鄰的層面,使其變成圖2 - 2(c)所示形狀。這一形狀的形成。過(guò)程和原因,可用圖2 - 2的(a)和(b)來(lái)解釋?zhuān)杭僭O(shè)在石墨板層的某一范圍內(nèi)取A.B.C.D.E為插層化合物的集中點(diǎn),如圖2-2(a)所示。當(dāng)加熱這塊石墨板時(shí),A.B.C.D.E各點(diǎn)化合物被氣化產(chǎn)生壓力PA、PB、PD、PE,如圖2 - 2( b)所示。則PA--PB 和PD---PE壓住了C層面的兩端,使之不能張開(kāi),但在層而中間的要將兩層面推開(kāi), 因此就形成了如圖2-2(c)所示的蠕蟲(chóng)狀或叫柳葉狀的石墨塊體了。這種解釋是根據(jù)實(shí)物的存在分析而來(lái)的。這里面的假設(shè)是否符合事實(shí)和正確,有待進(jìn)一步研究證實(shí)。
3.膨脹石墨板的成型特性
碳和石墨材料成型時(shí)都要加粘結(jié)劑如瀝青或樹(shù)脂等,同時(shí)粘合劑具有增強(qiáng)作用。似是膨脹后的石墨制品成型時(shí),不用加粘結(jié)劑。這就是膨脹石墨板的成型特性。其原因,我們從蠕蟲(chóng)的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)來(lái)說(shuō)明。為了說(shuō)明方便,我們把膨脹后的蠕蟲(chóng)簡(jiǎn)化為片狀螺旋彈簧,成型時(shí)所受外力可能來(lái)自三個(gè)方向:(1)外力作用方向沿蠕蟲(chóng)長(zhǎng)度方向。這種外力作用的結(jié)果,先是層面被壓縮,然后層片被壓緊,(2)外力作用方向與蠕蟲(chóng)長(zhǎng)度方向成一記角度。這種外力作用結(jié)果是蠕蟲(chóng)層片間先是產(chǎn)生滑移,然后被壓緊;(3)外力作用方向與蠕蟲(chóng)長(zhǎng)度軸線(xiàn)垂直。這種情況與第二種情況類(lèi)似,也是層片先滑移然后被壓緊。