Таблица 2
Характеристика графитовых изделий с пироуглеродным покрытием
| Показатель | Значение |
| Кристаллическая структура: | |
| тип решетки | гексагональный |
| пространственная группа | Р бз/mmc |
| с, А | 3,3811 |
| средний диаметр о.к.р., А | 50-70 |
| Диаметр изделий, мм | 20 |
| Высота изделий, мм | 600 |
| Вес изделий, кг | 4 |
| Пористость, % | менее 1 |
| Плотность, г/см3 | 2,19 |
| Содержание примесей, ррт | 0,1 - 1 |
| Твердость по шкале Мооса | более 7 |
| Микротвердость, МН/м2 | 880-1500 |
чества активных участков на поверхности подложки и ростом вероятности протекания гомогенных реакций в газовой фазе, с образованием частиц с возрастающей способностью к хемосорбции по мере увеличения соотношения С : Н : С1.
Микрофотографии поверхности образцов представлены на рис. 1 и 2. Пироуглеродные структуры, полученные водородным восстановлением тетрахлори-да углерода, по совокупности характеристик следует отнести к классу «грубый ламинарный пиролитиче-ский углерод». Для микроструктуры пироуглерода характерно наличие сросшихся зерен в форме конусов с вершинами, обращенными от подложки, что является косвенным подтверждением расположения атомов углерода в плоскостях с наибольшей ретикулярной плотностью, параллельных поверхности осаждения и сформированных в гексагональную сетку.
Методом рентгенофазового анализа исследован состав полученных покрытий. На дифрактограмме присутствуют только четкие максимумы интенсивности отражений от кристаллографических плоскостей гексагонального графита, отражений от других фаз не обнаружено.
Полученные осадки имеют слоистую структуру из параллельно уложенных блоков, образованных из графитовых гексагональных сеток, которые произвольно ориентированы по отношению к общей нормали. Наблюдаемая преимущественная ориентация кристаллографических плоскостей в направлении (111) обеспечивает формирование плотноупакованной структуры и, следовательно, высокие газоизолирующие свойства покрытия. Результаты изучения спектров комбинационного рассеяния 1-го порядка, чувствительных к степени совершенства графитовой структуры подтвердили данные рентгеноструктурного анализа. Установлен эффект трехмерного упорядочения структуры пироуглерода низкотемпературного синтеза, связанный с транспортом углерода за счет перемещения газовых составляющих низших соединений углерода и хлора.
Поскольку углерод образует большое количество низших хлорпроизводных компонентов, то относительно механизма образования пироуглеродных структур нет единого мнения. На основании результатов термодинамических расчетов состава газовой фазы, а также экспериментальных данных по составу конденсата ПГС, установлено, что процесс химического осаждения пироуглеродных структур в изученной системе является результатом сложных конкурирующих между собой гомогенных реакций в газовой фазе и гетерогенных реакций на поверхности осаждения. Можно предположить в качестве вероятных механизмов образования твердого углерода в системе Н2—СС14 следующие два. По первому механизму происходит ступенчатое расщепление тетрахлорида углерода с образованием промежуточных углеводородных соединений и затем их последовательное дегидрирование и прямое разложение.
По второму механизму идет последовательный отрыв атомов хлора от молекулы ССЦ с образованием радикалов типа С„НтСГ и перенос углерода к подложке за счет перемещения газовых составляющих низших соединений углерода и хлора с замещением части атомов хлора водородом.
Подтверждением второго механизма является выявленное совершенство кристаллической структуры при изучении интегральных структурных характеристик и локальных пироуглеродных структур. Разработанные режимы осаждения создают условия для реализации предложенного авторами механизма переноса углерода по поверхности за счет реакций образования низших хлоридов, что обеспечивает получение совершенной решетки графита при относительно низких температурах процесса.
Разработаны научные принципы и запатентована технология процессов осаждения пироуглеродных структур, а также других углеродсодержащих материалов (карбиды Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, W, В, слоистых композиционных структур, таких как нитриды, силициды, карбонитриды и др). Для различных исходных материалов процесс может быть осуществлен с рециркуляцией в едином технологическом цикле на однотипном оборудовании. Предложенный способ позволяет получать покрытия высокого качества из пространственно упорядоченных пироуглеродных структур и других углеродсодержащих материалов на поверхности изделий различной конфигурации из угле-графитовых материалов, в т.ч. волокнистых, и материалов неграфитовой природы (кварц, сапфир, кремний, некоторые металлы).
Список литературы
1. Елютин А.В., Воробьева М.В. Докл. АН, 1999, т. 369, № 1, с. 61-63.
2. Elutin A.V., Vorob'eva M.V. Inorg. Mater., 2002, v. 38, № 5, p. 468-470.
3. Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Мастрюков Б.С. и др. Металлургическая теплотехника. Т. 1. Теоретические основы. М.: Металлургия, 1986, 459 с.
4. Емяшев А.В. Газофазная металлургия тугоплавких соединений. М.: Металлургия, 1987, 208 с.