熱解石墨
熱解石墨是新型炭素材料，是高純碳氫氣體在一定的爐壓下，在1800℃～2000℃的石墨基體上經化學氣相沉積出的較高結晶取向的熱解碳，它具有高密度（2.20g/cm）、高純度（雜質含量（0.0002%）和熱、電、磁、力學性能各向異性。在1800℃左右仍能維持10mmHg的真空度。
發展歷史 編輯本段
熱解石墨是碳氫化合物氣體在熱固體表面上發生熱分解并在該固體表面上沉積的炭素材料，它不是真正的石墨而是炭素材料，一般說高于1800℃沉積的炭稱為熱解石墨，低于此溫度的為熱解炭。早在1880年Sawyer等用碳氫化合物氣體在燈絲上首次獲得熱解石墨。20世紀40年代末至50年代初Brown等用直接通電法得到了小片熱解石墨，測定了炭的一些性能，從而引起廣泛的注意和興趣。在1960年前后美國已能制取尺寸較大和異形的部件，用于宇航領域。
流化床熱解炭是顆粒狀基體，在碳氫化合物及惰性載氣的吹動下，在反應器內上下不斷翻滾，碳氫化合物熱解而沉積在顆粒表面的炭。用于高溫氣冷反應堆核燃料顆粒涂層。1957年，Huddle首先進行研究，到1962年美、英、德開始建立以熱解炭包覆核燃料顆粒的實驗性高溫氣冷反應堆。
生產工藝 編輯本段
工藝參數 編輯本段
沉積溫度：1750～2250℃，爐膛壓力：0.67～67hPa，氣體流量：根據沉積爐之大小，經實驗而定。上述沉積溫度，爐膛壓力及氣體流量，對產品的質量有決定性影響，必須嚴格保持在下列波動范圍內即壓力±0.6hPa，流量±5%，溫度±20℃。
沉積速度取決于上述工藝參數。溫度高，爐壓大，流量多，沉積速度快，具體參數要根據沉積爐大小，經實驗而定。
加熱方式：可分為直接加熱法和間接加熱法。（1）直接加熱法基體本身通電產生高溫。此法適宜于沉積體較薄，形狀簡單而體積較小的部件。適合于研究工作。（2）間接加熱法基把身體在發熱體內或外，受到發熱體輻射而加熱到高溫。這種加熱方法可用電阻加熱和感應加熱。此法尤其是感應加熱更適合制取尺寸較大，厚度大而形狀復雜的部件。大型沉積爐的熱區直徑達2500mm，高約3000mm。
組成結構 編輯本段
晶體結構 熱解石墨是由碳原子組成六角層面，但很不完善，不具備三維有序性，僅僅是平行堆積，稱為“亂層堆積”結構。熱解石墨的層面間距因沉積溫度的不同而有所變化，沉積溫度越高，面間距越小，石墨化程度越高，在1600～2300℃范圍內沉積的熱解石墨面間距在0.344～0.341nm之間，這是碳的結構，而晶格參數a卻保持不變為0.246nm。
熱解石墨的顯微結構 主要受沉積溫度及基體表面粗糙度的影響，在沉積面上可看到圓形凹凸不平浮雕般的狀態。其斷面有兩種結構即錐體從基體一次生長至表面的一次成核結構及在沉積過程中不斷產生新的小錐體的連續成核再生結構。
力學性能：在1500℃以下沉積的層狀結構具有較高的彈性模量與斷裂強度。它們隨著沉積溫度的降低而上升。
輻照性能：熱解炭經受中子輻照后，會出現尺寸的變化，變化的幅度受熱解炭的結構、中子劑量和輻射溫度等因素影響。熱解炭尺寸的變化，必然使其密度及各向異性性能相應的改變，大于1400℃沉積的熱解炭經輻照處理后，其彎曲彈性模量、彎曲強度均有較大幅度的增加，但層狀結構的熱解炭其彎曲強度基本不受影響。
流化床生產的熱解炭主要用于核燃料顆粒表面的涂層，防止裂變產物的泄漏。此外亦用來制作人造炭質心瓣、軸承等。非流化床生產的熱解石墨用于火箭噴管的喉襯、衛星姿態控制用抗磁球、電子管柵極、冶煉高純金屬用坩堝、調壓器用電刷、激光器的放電腔、高溫爐用保溫材料及半導體生產用外延片等。
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