半石墨化石油焦的X射线衍射特征是什么
半石墨化石油焦的X射线衍射(XRD)特征主要反映其石墨化程度和微观结构的变化。以下是对其X射线衍射特征的详细分析:
一、石墨化程度的度量
层间距d002
通过XRD图谱可以测量得到(002)晶面的衍射角2θ,然后根据布拉格公式(2dsinθ=nλ)计算石墨(002)晶面的层间距d002。层间距d002是石墨化程度的一个重要度量指标。随着石墨化程度的提高,层间距d002会逐渐减小,趋近于理想石墨晶体的层间距0.3354nm。
石墨化度G
使用富兰克林公式(Mering-Maire公式)可以计算石墨化度G:G=(0.3440-d002)/(0.3440-0.3354)×100%。其中,0.3440nm为完全非石墨化碳的层间距。石墨化度G越高,表示石墨化程度越高,材料的性能越接近理想石墨。
二、微观结构的变化
衍射峰的变化
在XRD图谱中,衍射峰的位置和强度可以反映材料的微观结构。随着石墨化程度的提高,衍射峰会变得更加尖锐,强度也会增加。这是因为石墨化过程中,碳原子逐渐排列成有序的石墨结构,导致衍射峰的增强。
取向性的变化
石墨化过程中,材料的取向性也会发生变化。通过测量XRD图谱中(002)和(110)晶面的衍射强度比(OI=I(002)/I(110)或OI=I(004)/I(110)),可以评估材料的取向性。随着石墨化程度的提高,材料的取向性可能会变得更加一致,即(002)晶面的衍射强度相对于(110)晶面会增加。
三、碳化过程中的变化
碳化温度的影响
在碳化过程中,随着温度的升高,石油焦的石墨化倾向会发生变化。低温下,石油焦主要以类石墨层状结构为主;随着温度的升高,层状结构发生变化,衍射角向低值方向移动,层间距加大,表明原有的层状结构被破坏,新的乱层结构开始形成;当温度继续升高时,又开始逐渐形成类石墨的层状结构。
衍射峰强度的变化
碳化过程中,衍射峰强度的变化与碳原子的振动幅度有关。随着温度的升高,碳原子的振动幅度增加,导致衍射峰强度的提高;但当温度达到一定程度时,形成的无序结构会抑制碳原子的振动,使衍射峰强度降低;随着温度的继续升高,类石墨微晶结构开始形成,碳原子的振动再次加强,衍射峰强度又有所提高。
综上所述,半石墨化石油焦的X射线衍射特征主要反映其石墨化程度和微观结构的变化。通过测量层间距d002、石墨化度G、衍射峰的位置和强度以及取向性等指标,可以全面评估半石墨化石油焦的性能和品质。

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