前言
石墨粉是一種由石墨礦石或天然石墨經過研磨、粉碎等處理得到的細小粉末,主要分為天然石墨粉、合成石墨粉、超細石墨粉等。石墨粉具有高的導電性和導熱性、熔點極高、良好的潤滑性、可塑性和化學穩定性,能接受酸堿、有機溶劑等的腐蝕,被廣泛的應用在化工、石油、冶金、鑄造、潤滑、密封等工業領域。
石墨化度測量原理
無定型碳轉變成石墨的“石墨化”過程是一個由非晶向晶體轉變的過程,其結晶度的計算常用所謂“石墨化度”來測量。
理想石墨的晶體結構為密排六方,點陣常數a=0.2461nm,c=0.6708nm,即使是天然石墨,其晶體結構中也存在很多缺陷,點陣常數與理想石墨相比也有差別。
所謂石墨化度,即碳原子形成密排六方石墨晶體結構的程度,其晶格尺寸愈接近理想石墨的點陣參數,石墨化度就愈高。
碳晶體的點陣參數可直接用來表征其石墨化度。富蘭克林推導出人造石墨材料的晶格常數與石墨化度的關系式:
g=[(0.3440-c0/2)/0.0086]×100% (1-1)
其中:g為石墨化度,%;c0為六方晶系石墨c軸的點陣常數,nm。
當c0=0.6708nm時,g=100%;當c0=0.6880nm時,g=0%。實際操作時,需要精確測定碳峰C(002)晶面的面間距,因此,對于所測數據必須經過校準,否則,制樣誤差和儀器誤差將掩蓋石墨化引起的面間距變化。
標準QJ2507-93規范了XRD測定炭素材料結構參數的方法.將由其測得的C(002),(004)面間距d002和d004值代入上式,可計算試樣的化度g。
實驗案例
本實驗采用FRINGE CLASS桌面式X射線衍射儀對石墨粉樣品進行檢測分析并計算出它的石墨化度。
樣品/制樣
測試步驟
測試結果
高純單晶Si(wt>99.9%)標樣用瑪瑙研缽研細,過0.045mm標準篩(325目),經過1100℃/1h真空退火所制備的Si標樣其Si(111)峰位為28.443°。而本實驗所用的Si粉標樣Si(111)實際擬合硅峰位置為28.353°。
由FRINGE CLASS測試待測樣品的衍射圖譜,通過上圖分析可知待測試樣中的物相C和Si分別在(002)和(111)晶面匹配的較好,圖9顯示可靠性因子R=5.85%,實驗譜和計算譜吻合度很好。圖片還展示了待測樣品Si(111)和C(002)晶面的擬合峰位,分別為28.332°和26.502°。
石墨化度計算步驟
(1)常數選擇:采用CuKɑ1輻射,波長為0.154056nm。
(2)峰位校正:Si粉標樣的Si(111)的擬合峰位為28.353°,待測樣品中Si(111)的擬合峰位為28.332°,峰位誤差為28.332°- 28.353° = -0.021°
(3)校正C(002)的峰位:用測量得到的C(002)峰的峰位角減去峰位誤差,校正測量誤差。待測樣品中C(002)的擬合峰位為26.502°,即校正后的衍射角2θ=26.502°-(-0.021°)=26.523°。
(4)計算C(002)的面間距:以校正后的峰位角代入布拉格公式【2dsinθ=nλ】,計算得到C(002)的面間距(即c0/2)。
因此,c0/2=λ/(2sinθ)=0.154056 nm/(2sin13.261°)=0.3358 nm。
(5)計算石墨化度:將C(002)面間距代入公式(1-1)中得石墨化度g=95.35%。
結論
分析結果表明:FRINGE CLASS對石墨粉進行測試并收集衍射圖譜對其進行分析計算可以精確得到石墨粉的石墨化度,從而給科研基礎研究、工業生產等領域提供可靠的數據支撐。