CC BY
14ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. Т 65 (3)_Серия «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»_2022
IZVESTIYA VYSSHIKH UCHEBNYKH ZAVEDENII V 65 (3) KHIMIYA KHIMICHESKAYA TEKHNOLOGIYA 2022
RUSSIAN JOURNAL OF CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGY
DOI: 10.6060/ivkkt.20226503.6468 УДК: 546.26:543.442.3
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ
В.А. Тюменцев, А.Г. Фазлитдинова
Василий Александрович Тюменцев (ORCID 0000-0002-9955-6839)*, Альфия Габдиловна Фазлитдинова (ORCID 0000-0002-8987-8594)
Кафедра физики конденсированного состояния, Челябинский государственный университет, ул. Братьев Кашириных, 129, Челябинск, Российская Федерация, 454001 E-mail: [email protected] *, [email protected]
Методом рентгеноструктурного анализа изучено изменение структуры углеродного материала на различных этапах графитации. Объектами исследования были образцы, изготовленные из смеси нефтяного кокса (содержание серы 1,3масс.%) и 25% пека, а также малосернистый (содержание серы < 0,3 масс.%) нефтяной кокс. Образцы из высокосернистого кокса и пека прессовали в виде цилиндров и карбонизировали при 900 °С. Часть образцов углеродного материала на высокосернистом коксе содержала Fe2O3 в количестве 0,75 масс.%. Показано, что профили дифракционных максимумов 002 образцов малосернистого и высокосернистого углеродного материала, прошедших высокотемпературную термообработку, не симметричные. Это может быть обусловлено одновременным присутствием метастабильных углеродных фаз, отличающихся значением межслоевого расстояния. Анализ профиля таких асимметричных дифракционных максимумов с помощью программы Origin позволяет получить новые данные о тонкой структуре материала. Показано, что углеродный материал, прошедший термообработку в интервале 1200 - 2800 °С, гетеро-генен. Состав метастабильных углеродных фаз определяется температурой обработки и наличием добавки оксида железа. Формирование областей когерентного рассеяния метастабильных фаз с меньшим межплоскостным расстоянием и увеличение их количества обусловливает постепенное смещение экспериментально наблюдаемого дифракционного максимума 002 в сторону увеличения угла дифракции. Процесс графитации углеродного материала, по-видимому, развивается через ряд метастабильных состояний. В образцах, изготовленных на коксе, содержащем серу в количестве 1,3 масс. %, после термообработки в интервале температуры десульфуризации регистрируется фаза с межслоевым расстоянием doo2 ~ 0,336 нм. Введение добавки оксида железа существенно ингибирует процесс такого локального стимулирования графитации при достаточно низких температурах.
Ключевые слова: кокс, графитация, область когерентного рассеяния, рентгеноструктурный анализ Для цитирования:
Тюменцев В.А., Фазлитдинова А.Г. Фазовые превращения углеродного материала в процессе высокотемпературной обработки. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 3. С. 6-13 For citation:
Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A.G. Phase transformations of carbon material during high-temperature treatment. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 3. P. 6-13
PHASE TRANSFORMATIONS OF CARBON MATERIAL DURING HIGH-TEMPERATURE TREATMENT
V.A. Tyumentsev, A.G. Fazlitdinova
Vasilii A. Tymentsev (ORCID 0000-0002-9955-6839)*, Alfiya G. Fazlitdinova (ORCID 0000-0002-8987-8594)
Department of Condensed Matter Physics, Chelyabinsk State University, Brat'ev Kashirinykh st., 129,
Chelyabinsk, 454001, Russia
E-mail: [email protected] *, [email protected]
The change in the structure of a carbon material at various stages of graphitization has been studied by the method of X-ray diffraction analysis. The objects of study were samples made from a mixture of petroleum coke (sulfur content 1.3 wt.%) and 25% pitch, as well as low-sulfur (sulfur content less than 0.3 wt.%) petroleum coke. Samples of high-sulfur coke and pitch were pressed into cylinders and carbonized at 900 °C. Some of the samples of carbon material on high-sulfur coke contained Fe2O3 in an amount of 0.75 wt%. It is shown that the profiles of the (002) diffraction peaks of the samples of low-sulfur and high-sulfur carbon materials that have undergone high-temperature heat treatment are not symmetric. This may be due to the simultaneous presence of metastable carbon phases differing in the value of the interlayer distance. An analysis of the profile of such asymmetric diffraction peaks using the Origin software provides new data on the fine structure of the material. It is shown that a carbon material that has undergone heat treatment in the range 1200 - 2800 °C is heterogeneous. The composition of metastable carbon phases is determined by the processing temperature and the presence of an addition of iron oxide. The formation of coherent scattering regions of metastable phases with a smaller interlayer distance and an increase in their number causes a gradual shift of the experimentally observed (002) diffraction peak towards an increase in the diffraction angle. The process of graphitization of a carbon material seems to develop through a series of metastable states. In samples made on coke containing sulfur in an amount of 1.3 wt%, after heat treatment in the desulfurization temperature range, a phase with an interlayer distance d002 ~ 0.336 nm is recorded. The introduction of an iron oxide additive significantly inhibits the process of such local stimulation of graphitization at sufficiently low temperatures.
Key words: coke, graphitization, coherent scattering region, X-ray structural analysis
ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационные свойства графитиро-ванных углеродных материалов, углеродных волокон и углерод-углеродных композитов во многом определяются кристаллической структурой, формирующейся в процессе получения [1-9]. Для диагностики структуры углеродных материалов на различных этапах получения широко применяют методы рентгеноструктурного анализа, которые позволяют определять степень графитации, дисперсный и фазовый состав, параметры текстуры [7, 9-12]. В частности, по данным рентгеноструктурных исследований (например, в [2, 6]) сделан вывод о достаточно плавном уменьшении межслоевого расстояния и увеличении средних размеров областей когерентного рассеяния (ОКР) при повышении температуры графитации. Вместе с тем в ряде исследований отмечена возможность ступенчатого изменения межслоевого расстояния в процессе
термообработки, нейтронного облучения или длительного механического диспергирования [7, 13-15]. Так на зависимостях doo2 от условий обработки в работе [14] наблюдали плато при значениях, равных 3,36, 3,37, 3,40, 3,425 и 3,44 А. В работе [15] обнаружены плато при doo2 -3,38, 3,40, 3,425, 3,44 и 3,55/3,68 А. Авторы этих работ полагают, что в углеродных материалах могут формироваться ме-тастабильные состояния, отличающиеся значением doo2. Формирование таких метастабильных состояний обусловливает появление асимметрии дифракционных максимумов 002 и 004. Исследование тонкой структуры материала углеродных волокон (УВ), полученных при различных условиях, выполнено в [16-20]. Показано, что асимметрия дифракционных максимумов зависит от условий получения УВ. Авторы разложили асимметричные максимумы 002, 004 и 006 на минимальное число симметричных, описываемых функцией Гаусса
или Войта. Вычисленные значения межслоевых расстояний компонент разложения достаточно хорошо совпадают с данными, опубликованными в [14, 15]. Приведенные литературные данные указывают на возможность формирования гетерогенной структуры в процессе высокотемпературной обработки углеродных материалов. В данной работе методом рентгеноструктурного анализа изучено изменение тонкой структуры графитирую-щихся углеродных материалов по мере повышения температуры высокотемпературной обработки.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Структурные исследования выполнены с помощью дифрактометра D8 ADVANCE (фильтрованное CuKa - излучение). Объектами исследования были образцы малосернистого нефтяного кокса (содержание серы < 0,3 масс.%), а также образцы, изготовленные из смеси нефтяного кокса (содержание серы 1,3 масс.%) и 25% пека. Для исследования влияния добавки железа на процесс графитации, к порошку кокса добавляли дисперсный Fe2O3 в количестве 0,75 масс.%. Смесь высокосернистого кокса и пека прессовали в виде цилиндров диаметром 2 и высотой ~5 см, затем карбонизировали при 900 °С в течение 3 ч. Высокотемпературную обработку образцов после карбонизации и малосернистого кокса, помещенного в графитовые тигли, в интервале 1200-2800 °С проводили в течение 3 ч в лабораторной печи, скорость подъема температуры до заданной 300 °С/ч, охлаждение с печью. Для рентгеноструктурных исследований из средней части цилиндрических образцов вырезали диски высотой ~10 мм. В процессе рентгеноструктурных исследований образцы вращали в горизонтальной плоскости со скорость 15 об/мин. Полученные асимметричные максимумы 002 ОКР углеродных материалов разлагали с помощью программы Origin на минимальное количество компонент, профиль которых описывается функцией Войта. Количество компонент определяли совпадением профиля суммарного максимума компонент с экспериментально полученным максимумом (коэффициент детерминации R2 находится в пределах 0,9963^0,9998). Межплоскостное расстояние d002 и средние размеры L002 ОКР выделенных компонент вычисляли по центру тяжести и интегральной ширине максимумов (в уравнении Шеррера константу k принимали равной единице).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Профили дифракционных максимумов 002 образцов малосернистого и высокосернистого углеродного материала, прошедших высокотемпературную термообработку, не симметричные (рис.1-3).
Это может быть обусловлено одновременным присутствием метастабильных углеродных фаз, отличающихся значением межслоевого расстояния. Как было отмечено выше, в углеродном материале могут реализоваться до шести метастабильных состояний, которым соответствуют следующие межслоевые расстояния: ^002 ~ 0,335, ^002 ~ 0,337, ^002 ~
0,340, d4002 - 0,3425,
d5002 - 0,3440 и d6002
0,355/0,368 нм. Обозначим эти состояния Ki, К2, ... Кб.
1400°е
20 22 24 26 28 29, град 2000°C
K
б
20 22 24 26 28 29, град 2800°C
-K„
в
20 22 24 26 28 29, град Рис. 1. Профили дифракционных максимумов 002 образцов малосернистого кокса, прошедших термообработку при 1400 (а),
2000 (б) и 2800 °С (в) Fig. 1. Profiles of (002) diffraction peaks of low-sulfur coke samples heat treated at 1400 (a), 2000 (б), and 2800 °C (в)
Асимметричный максимум 002 образца малосернистого кокса, прошедшего термообработку при 1400 °С, не описывается функцией Войта, его можно разложить на две компоненты К5 и Кб (d002 -0,345 и d002 - 0,360 нм), коэффициент R2 = 0,9990 (рис. 1, табл. 1). Размеры ОКР компонент - 5 и - 3 нм соответственно. Асимметрия максимума 002 сохраняется и после термообработки кокса при 2000 и 2800 °С. По результату разложения максимума 002 можно заключить, что в процессе перекристаллизации материала при 2000 °С в образце сформировались компоненты К4 и К5, которым соответствуют d002 - 0,343 и d002 - 0,347 нм, коэффициент
Я2 = 0,9998. Размеры ОКР Loo2 увеличились до - 20 и - 15 нм соответственно. Асимметричный максимум 002 образца, прошедшего термообработку при 2800 °С, может быть представлен в виде суммы двух симметричных максимумов (Я2 равен 0,9998). Вычисленные значения doo2 - 0,338 и doo2 - 0,342 нм соответствуют компонентам К2 и К4, размеры ОКР Ь002 - 26 и - 20 нм.
1600°C
1600°C
22 23 24 25 26 27 29, град 1800°C
22 23 24 25 26 27 29, град 2000°C
22 23 24 25 26 27 29, град 2200°С
K
K
22 23 24 25 26 27 29, град Рис. 2. Профили дифракционных максимумов 002 образцов
углеродного материала, прошедших термообработку при 1600 (а), 1800 (б), 2000 (в) и 2200 °С (г) без добавки дисперсного Fe2Û3
Fig. 2. Profiles of (002) diffraction peaks of carbon material samples, heat treated at 1600 (a), 1800 (б), 2000 (в), and 2200 °C (г) without additive of dispersed Fe2Û3
22 23 24 25 26 27 29, град 1800°C Л
22 23 24 25 26 27 29, град
2000°C
,K
22 23 24 25 26 27 29, град
2200°С
'K
22 23 24 25 26 27 26, град Рис. 3. Профили дифракционных максимумов 002 образцов
углеродного материала, прошедших термообработку при 1600 (а), 1800 (б), 2000 (в), 2200 °С (г) и содержащих добавку
дисперсного Fe2O3 Fig. 3. Profiles of (002) diffraction peaks of carbon material samples, heat treated at 1600 (a), 1800 (б), 2000 (в), and 2200 °C (г) containing addition of dispersed Fe2O3
Профиль максимума 002 высокосернистого углеродного материала, прошедшего термообработку при 1200 °С, разложили на две компоненты К5 и Кб (d002 ~ 0,344 и d002 ~ 0,359 нм), коэффициент R2 = 0,9993 (табл. 2). Повышение температуры обработки до 1400 °С не приводит к изменению компонентного состава материала, однако размеры ОКР L002 увеличились до ~ 6 и ~ 4 нм соответственно. В процессе термообработки при 1600 °С в углеродном материале сформировались достаточно крупные кристаллы новой фазы, межслоевое расстояние и размеры ОКР которой d002 ~ 0,336 нм,
в
г
г
L002 ~ 25 нм. Вторая компонента разложения асимметричного максимума соответствует К5, размеры ОКР которой L002 ~ 8 нм.
Таблица 1
Компонентный состав (K), межслоевое расстояние doo2 и размеры ОКР L002 малосернистого углеродного материала, вычисленные по результатам анализа профиля асимметричного дифракционного
максимума 002 Table 1. Component composition (K), interlayer distance doo2, and CSR dimensions L002 of low-sulfur carbon material calculated from the results of analysis of
Таблица 2
Компонентный состав (K), межслоевое расстояние d002 и размеры ОКР L002 высокосернистого углеродного материала, вычисленные по результатам анализа профиля асимметричного дифракционного
максимума 002 Table 2. Component composition (K), interlayer distance d002, and CSR dimensions L002 of high-sulfur carbon material calculated from the results of analysis of
Асимметричные дифракционные максимумы 002 образцов №4 и №5, прошедших термообработку при 1800 и 2000 °С, могут быть представлены в виде суммы трех симметричных максиму-
мов (коэффициент Я2 равен 0,9997 и 0,9989 соответственно). Из данных вычислений, приведенных в табл. 2, следует, что в этих образцах присутствуют компоненты К1, К4 и К5.
Асимметрия максимумов 002 наблюдается и на дифрактограммах образцов, прошедших термообработку при 2200, 2400 и 2600 °С. Однако эти максимумы уверенно раскладываются только на две компоненты (коэффициент Я2 равен 0,9978, 0,9990 и 0,9994 соответственно). Межслоевые расстояния, вычисленные по результатам разложения максимумов 002, соответствуют компонентам К2 и Кз. По мере повышения температуры обработки наблюдается увеличение размеров ОКР.
На рис. 3 приведены профили дифракционных максимумов 002 образцов углеродного материала, содержащих добавку дисперсного Fe2Oз. Видно, что асимметрия максимумов выражена менее четко. Результаты разложения асимметричных максимумов 002 на компоненты и вычисления параметров структуры метастабильных состояний приведены в табл. 3. В присутствии добавки оксида железа в образце, прошедшем термообработку при 1200 и 1400 °С, регистрируются компоненты Кз, Кб (Я2 = 0,9970) и К4, К5 (Я2 = 0,9983) соответственно.
Компонентный состав образцов без добавки и с добавкой Fe2Oз после термообработки при 1600 и 1800 °С одинаковый, однако размеры ОКР во втором случае оказались заметно меньше (табл. 2). Максимум 002 образца, прошедшего термообработку при 2000 °С, разлагается на две компоненты Кз и К4. Выделить компоненту К1, уверенно регистрируемую в образце № 5, в этом случае не удалось. Образец №14 оказался однокомпо-нентным, поскольку дифракционный максимум 002 симметричен и достаточно хорошо аппроксимируется функцией Войта, коэффициент Я2 равен 0,99бз.
Максимумы образцов №15 и №16 раскладываются на две компоненты (Я2 равен 0,9994 и 0,9996 соответственно). Межслоевые расстояния, вычисленные по результатам разложения максимумов, соответствуют компонентам К2 и Кз. Размеры ОКР, сформировавшиеся в углеродном материале в присутствии добавки Fe2Oз при 2400 и 2600 °С, оказались заметно больше таковых образцов №7 и №8.
В некоторых случаях, при многократном анализе профиля максимума 002 одного и того же образца, получали компоненты разложения, центр тяжести и интегральная ширина которых практически не изменялась, однако соотношение компонент
the profile of the (002) ^ asymmetric diffraction peak
Т, °С К d002, Â L002, нм
1400 К5 Кб 3,452 3,598 5 3
2000 К4 3,433 20
К5 3,475 15
2800 К2 3,381 26
Кз 3,422 20
the profile of (002) asymmetric diffraction peak
№ Т, °С К d002, Â L002, нм
1 1200 К5 3,442 4
Кб 3,586 2
2 1400 К5 Кб 3,433 3,571 6 4
3 1600 К1 3,360 25
К5 3,431 8
К1 3,360 30
4 1800 К4 3,426 17
К5 3,443 10
К1 3,360 29
5 2000 К4 3,427 20
К5 3,440 18
6 2200 К2 К3 3,378 3,395 24 21
7 2400 К2 3,371 26
К3 3,389 20
8 2600 К2 3,370 29
К3 3,387 20
отличалось значительно. В этом случае руководствовались выбором варианта разложения, при котором значение R2 было наибольшим.
Таблица 3
Компонентный состав (K), межслоевое расстояние d002 и размеры ОКР L002 высокосернистого углеродного материала, содержащего добавку 0,75 масс.% Fe2O3, вычисленные по результатам анализа дифракционного максимума 002 Table 3. Component composition (K), interlayer distance d002, and CSR dimensions L002 of high-sulfur carbon material containing an additive of 0.75 wt% Fe2O3, calculated from the results of the analysis of the (002)
Отчетливо наблюдаемое экспериментально совместное существование фазы «графит» (компонента К1) и ультрадисперсной углеродной матрицы в материале, прошедшем термообработку при 1600-1800 °С, по-видимому, обусловлено стимулированием графитации в процессе активной десуль-фуризации высокосернистого кокса. Удаляющаяся сера может образовывать соединение на основе углерода и серы, в присутствии которого перекристаллизация углеродного материала развивается аналогично таковой при добавлении карбидообра-зующих добавок (Бе, Ог, N1 и др.).
Добавка дисперсного Fe2Oз оказала существенное влияние на изменение тонкой структуры высокосернистого углеродного материала в процессе графитации. При температуре 1200 и 1400 °С наблюдается активирование перекристаллизации материала, появляются новые компоненты Кз и К4. В области температур активной десульфуризации (1600-1800 °С), по-видимому, происходит взаимодействие серы и железа, образуется сульфид железа. Этот процесс ограничивает каталитическое
влияние серы, количество компоненты К1 существенно сокращается. После термообработки при 2000 °С вклад компоненты К1 в профиль дифракционного максимума 002 выделить не удалось. Следует также отметить, что в присутствии добавки Fe2Oз наблюдается увеличение средних размеров ОКР компонент, образующихся в исследуемом углеродном материале при температурах обработки 2200-2600 °С.
Таким образом, анализ профиля дифракционного максимума 002 позволяет выявить тонкую структуру углеродного материала на различных стадиях перехода в графит. Показано, что в углеродном материале в процессе термообработки могут реализоваться метастабильные состояния, межслоевое расстояние которых достаточно хорошо совпадает с данными, приведенными в [14, 15]. Наблюдаемая зависимость компонентного состава от температуры термообработки позволяет предположить, что процесс графитации углеродного материала, по-видимому, развивается через ряд мета-стабильных состояний. Формирование ОКР компонент с меньшим межплоскостным расстоянием и увеличение их количества обусловливает постепенное смещение экспериментально наблюдаемого дифракционного максимума 002 в сторону увеличения угла 20. Малосернистый кокс, прошедший термообработку при 1400, 2000 и 2800 °С, двухкомпонентен. В образцах, содержащих серу в количестве 1,3 масс.%, после термообработки в интервале температуры десульфуризации регистрируется фаза «графит» с межслоевым расстоянием doo2 ~ 0,336 нм.
ВЫВОДЫ
Асимметрия дифракционного максимума 002 углеродного материала на различных стадиях перехода в поликристаллический графит обусловлена наложением близко расположенных дифракционных максимумов областей когерентного рассеяния, отличающихся значением doo2 и Ь002, указывает на существенную неоднородность материала по дисперсному и фазовому составу.
Полученные данные позволяют предположить, что процесс графитации углеродного материала, по-видимому, развивается через ряд мета-стабильных состояний.
Появление при достаточно низких температурах фазы «графит» ^002 -0,336 нм) в ультрадисперсной углеродной матрице, по-видимому, обусловлено стимулированием графитации во время активной десульфуризации высокосернистого кокса. Введение добавки железа существенно ингибирует этот процесс.
diffraction peak
№ Т, °С К d002, Â L002, нм
9 1200 К5 3,440 6
Кб 3,360 2
10 1400 К4 Кб 3,420 3,360 8 4
11 1600 К1 К5 3,362 3,443 18 7
К1 3,363 25
12 1800 К4 3,423 17
К5 3,440 10
13 2000 Кз К4 3,405 3,423 26 21
14 2200 Кз 3,394 22
15 2400 К2 Кз 3,372 3,389 35 24
16 2600 К2 Кз 3,372 3,388 37 24
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ-УРАЛ №20-43-740013.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА
1. Chae H.G., Newcomb B.A., Gulgunje P.V., Liu Y., Gupta K.K., Kamath M.G., Lyons K.M., Choshal S., Pramanik
C., Giannuzzi L., Sahin K., Chasiotis I., Kumar S. High strength and high modulus carbon fibers. Carbon. 2015. V. 93. N 11. P. 81-87. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.05.016.
2. Liu F., Wang H., Xue L., Fan L., Zhu Z. Effect of microstructure on the mechanical properties of PAN-based carbon fibers during high-temperature graphitization. J. Mater. Sci. 2008. V. 43. N 10. P. 4316-4322. DOI: 10.1007/s10853-008-2633-y.
3. Wen Y., Lu Y., Xiao H., Qin X. Further investigation on boric acid catalytic graphitization of polyacrylonitrile carbon fibers: Mechanism and mechanical properties. Mater. Design. 2012. V. 36. P. 728 - 734. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.11.051.
4. Вербец В.Д., Самойлов В.М., Бучнев Л.М., Находнова А.В., Бубненков И.А., Степарева Н.Н. Влияние условий вытяжки и газовой среды при графитации на кристаллическую структуру и свойства высокомодульных углеродных волокон на основе полиакрилонитрила. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 11. С. 10-18. DOI: 10.6060/ivkkt.20186111. 17y.
5. Samoilov V.M., Verbets D.B., Bubnenkov I.A., Stepar-yova N.N., Nikolaeva A.V., Danilov E.A., Ponomareva
D.V., Timoshchuk E.I. Influence of Graphitization Conditions at 3000°C on Structural and Mechanical Properties of High-Modulus Polyacrylonitrile-Based Carbon Fibers. In-org. Mater.: Appl. Res. 2018. V. 9. N 5. P. 890-899. DOI: 10.1134/S2075113318050258.
6. Zhao J., Yang L., Li F., Yu R., Jin Ch. Structural evolution in the graphitization process of activated carbon by high-pressure sintering. Carbon. 2009. V. 47. N 3. P. 744-751. DOI: 10.1016/j.carbon.2008.11.006.
7. Vazquez-Santos M.B., Geissler E., Laszlo K., Rouzaud J.N., Martínez-Alonso A., Tascon M.D. Comparative XRD, Raman, and TEM Study on Graphitization of PBO-Derived Carbon Fibers. J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. N 1. P. 257 - 268. DOI: 10.1021/jp2084499.
8. Kumar P., Srivastava V.K A Review on Wear and Friction Performance of Carbon-Carbon Composites at High Temperature. Internat. J. Appl. Ceramic Technol. 2016. V. 13. N 4. P. 702-710. DOI: 10.1111/ijac.12538.
9. Wang M.L., Bian W.F. The relationship between the mechanical properties and microstructures of carbon fibers. New Carbon Mater. 2020. V. 35. N 1. P. 42-49.
10. Gubernat M., Lis T., Tomala J., Kawala J., Fraczek-Szczypta A., Blazewicz S. Study of the Carbonization and Graphitization of Coal Tar Pitch Modified with SiC Nanoparticles. Hindawi J. Nanomat. 2017. V. 2017. DOI: 10.1155/2017/6578928.
11. Zhang Z., Wang Q. The New Method of XRD Measurement of the Degree of Disorder for Anode Coke Material. Crystals. 2017. V. 7. N 1. DOI: 10.3390/cryst7010005.
The work was supported by RFBR-URAL No. 20-43-740013.
The authors declare the absence a conflict of interest warranting disclosure in this article.
REFERENCES
1. Chae H.G., Newcomb B.A., Gulgunje P.V., Liu Y., Gupta K.K., Kamath M.G., Lyons K.M., Choshal S., Pramanik
C., Giannuzzi L., Sahin K., Chasiotis L, Kumar S. High strength and high modulus carbon fibers. Carbon. 2015. V. 93. N 11. P. 81-87. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.05.016.
2. Liu F., Wang H., Xue L., Fan L., Zhu Z. Effect of microstructure on the mechanical properties of PAN-based carbon fibers during high-temperature graphitization. J. Mater. Sci. 2008. V. 43. N 10. P. 4316-4322. DOI: 10.1007/s10853-008-2633-y.
3. Wen Y., Lu Y., Xiao H., Qin X. Further investigation on boric acid catalytic graphitization of polyacrylonitrile carbon fibers: Mechanism and mechanical properties. Mater. Design. 2012. V. 36. P. 728 - 734. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.11.051.
4. Verbets D.B., Samoilov V.M., Buchnev L.M., Nakhodnova AV., Bubnenkov LA., Steparyova N.N. Influence of drawing conditions and gas environment during graphitization on the crystal structure and properties of high-modulus carbon fibers based on polyacrylonitrile. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 11. P. 10-18 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.17y.
5. Samoilov V.M., Verbets D.B., Bubnenkov I.A., Steparyova N.N., Nikolaeva A.V., Danilov E.A., Ponomareva
D.V., Timoshchuk E.I. Influence of Graphitization Conditions at 3000°C on Structural and Mechanical Properties of High-Modulus Polyacrylonitrile-Based Carbon Fibers. In-org. Mater.: Appl. Res. 2018. V. 9. N 5. P. 890-899. DOI: 10.1134/S2075113318050258.
6. Zhao J., Yang L., Li F., Yu R., Jin Ch. Structural evolution in the graphitization process of activated carbon by high-pressure sintering. Carbon. 2009. V. 47. N 3. P. 744-751. DOI: 10.1016/j. carbon.2008.11.006.
7. Vazquez-Santos M.B., Geissler E., Laszlo K., Rouzaud J.N., Martínez-Alonso A., Tascon M.D. Comparative XRD, Raman, and TEM Study on Graphitization of PBO-Derived Carbon Fibers. J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. N 1. P. 257 - 268. DOI: 10.1021/jp2084499.
8. Kumar P., Srivastava V.K. A Review on Wear and Friction Performance of Carbon-Carbon Composites at High Temperature. Internat. J. Appl. Ceramic Technol. 2016. V. 13. N 4. P. 702-710. DOI: 10.1111/ijac.12538.
9. Wang M.L., Bian W.F. The relationship between the mechanical properties and microstructures of carbon fibers. New Carbon Mater. 2020. V. 35. N 1. P. 42-49.
10. Gubernat M., Lis T., Tomala J., Kawala J., Fraczek-Szczypta A., Blazewicz S. Study of the Carbonization and Graphitization of Coal Tar Pitch Modified with SiC Nanoparticles. Hindawi J. Nanomat. 2017. V. 2017. DOI: 10.1155/2017/6578928.
11. Zhang Z., Wang Q. The New Method of XRD Measurement of the Degree of Disorder for Anode Coke Material. Crystals. 2017. V. 7. N 1. DOI: 10.3390/cryst7010005.
12. Barnakov Ch.N., Khokhlova G.P., Popova A.N., Sozinov 12. S.A., Ismagilov Z.R. XRD Characterization of the Structure
of Graphites and Carbon Materials Obtained by the Low-Temperature Graphitization of Coal Tar Pitch. Eurasian Chem.-Technol. J. 2015. V. 17. N 2. P. 87-93.
13. Бубненков И.А., Кошелев Ю.И., Сорокин О.Ю., Оре- 13. хов Т.В., Полушин Н.И., Степарева Н.Н. Исследование взаимодействия кремния с углеродными материалами. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. Вып. 5. С. 12-18.
14. Lachter J., Bragg R.M. Interstitials in graphite and disordered 14. carbons. Phys. Rev. B. 1986. V. 33. N 12. P. 8903-8905. DOI: 10.1103/PhysRevB.33.8903.
15. Aladekomo J.B., Bragg R.H. Structural transformations in- 15. duced in graphite by grinding: Analysis of 002 x-ray diffraction line profiles. Carbon. 1990. V. 28. N 6. P. 897- 906. DOI: 10.1016/0008-6223(90)90338-Y.
16. Тюменцев В.А., Фазлитдинова А.Г., Подкопаев С.А., 16. Чуриков В.В. Тонкая структура полиакрилонитрильных
и углеродных нитей. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. Вып. 7. С. 83-87.
17. Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A. G. Relation between the Synthesis Conditions and the Fine Structure of Fiber Carbon. Tech- 17. nical Physics. Russ. J. Appl. Phys. 2016. V. 61. N 3. P. 380-387. DOI: 10.1134/S106378421603021X.
18. Тюменцев В.А., Фазлитдинова А.Г. Исследование структуры волокнистых углеродных материалов мето- 18. дом рентгеновской дифрактометрии. Завод. лаборатория. Диагн. материалов. 2019. Т. 85. N° 11. С. 31-36. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-11-31-36.
19. Churikov V.V., Tuymentsev V.A., Podkopaev S.A. Effect
of Boron Additive on the Formation of the Carbon Fiber. 19. Russ. J. Appl. Chem. 2010. V. 83. N 6. P. 989 - 992. DOI: 10.1134/S107042721006011X.
20. Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A.G., Podkopaev S.A. Effect
of Temperature of Thermomechanical Processing on the Heter- 20. ogeneous Structure of Carbon Fiber. Techn. Phys. 2019. V.64. N 12. P. 1767-1773. DOI: 10.1134/S1063784219120259.
Barnakov Ch.N., Khokhlova G.P., Popova A.N., Sozinov S.A., Ismagilov Z.R. XRD Characterization of the Structure of Graphites and Carbon Materials Obtained by the Low-Temperature Graphitization of Coal Tar Pitch. Eurasian Chem.-Technol. J. 2015. V. 17. N 2. P. 87-93. Bubnenkov I.A., Koshelev U.I., Sorokin O.U., Orekhov T.V., Polushin N.I., Stepareva N.N. Study of the interaction of silicon with carbon materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 5. P. 12-18 (in Russian).
Lachter J., Bragg R.M. Interstitials in graphite and disordered carbons. Phys. Rev. B. 1986. V. 33. N 12. P. 8903-8905. DOI: 10.1103/PhysRevB.33.8903.
Aladekomo J.B., Bragg R.H. Structural transformations induced in graphite by grinding: Analysis of 002 x-ray diffraction line profiles. Carbon. 1990. V. 28. N 6. P. 897- 906. DOI: 10.1016/0008-6223(90)90338-Y. Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A.G., Podkopaev S.A., Churikov V.V. Fine structure of polyacrylonitrile and carbon fibers. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 7. P. 83-87 (in Russian).
Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A. G. Relation between the Synthesis Conditions and the Fine Structure of Fiber Carbon. Technical Physics. Russ. J. Appl. Phys. 2016. V. 61. N 3. P. 380-387. DOI: 10.1134/S106378421603021X. Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A.G. Investigation of the structure of fibrous carbon materials by X-ray diffractome-try. Zavod. Laboratoriya. Diagn. Mater. 2019. V. 85. N 11. P. 31-36 (in Russian). DOI: 10.26896/1028-6861-2019-8511-31-36.
Churikov V.V., Tuymentsev V.A., Podkopaev S.A. Effect of Boron Additive on the Formation of the Carbon Fiber. Russ. J. Appl. Chem. 2010. V. 83. N 6. P. 989 - 992. DOI: 10.1134/S107042721006011X.
Tyumentsev V.A., Fazlitdinova A.G., Podkopaev S.A. Effect of Temperature of Thermomechanical Processing on the Heterogeneous Structure of Carbon Fiber. Techn. Phys. 2019. V.64. N 12. P. 1767-1773. DOI: 10.1134/S1063784219120259.
Поступила в редакцию 17.06.2021 Принята к опубликованию 12.01.2022
Received 17.06.2021 Accepted 12.01.2022
