ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Углеродные конструкционные материалы из "Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов " Для изготовления автоэмиссионных катодов в подавляющем большинстве случаев используют массивные искусственные углеродные материалы. Искусственные углеродные материалы получают из органических веществ, которые в процессе деструкции способны давать коксовый остаток — твердый углеродный продукт. [c.25] Механизм формирования свойств искусственного графита в первую очередь определяется особенностями кристаллической структуры на микро- и макроуровнях [5], которые в основном зависят от технологии получения графита и, главным образом, от процессов термической обработки. [c.26] Теплофизические и механические свойства графита имеют значительные отклонения даже в пределах одной заготовки. Так, в процессе прессования материала методом продавливания происходит преимущественная ориентация частиц материала относительно направления приложения давления. [c.26] Прочность графита значительно меняется в зависимости от метода его получения. Графитовые материалы разных марок с одинаковой плотностью, но различной структурой, имеют различную прочность. Общее правило материал с более тонкой структурой характеризуется большей прочностью. [c.26] Все графитированные материалы имеют способность увеличивать прочность с повышением температуры. Рост температуры усиливает связь между плоскостями в кристаллите, что приводит к увеличению модуля упругости, а также переориентации зерен в направлениях приложения нагрузки. [c.26] Абсолютная величина удельного электросопротивления графита и характер его температурной зависимости определяются структурой материала. Дефекты микроструктуры и макроструктурные неоднородности приводят к увеличению удельного электросопротивления. Удельное электросопротивление углеродных материалов уменьшается при повышении температуры обработки и образует минимум в интервале температур 300—1300 К, Этот минимум обусловлен, с одной стороны, падением электросопротивления аморфного углерода, который обладает полупроводниковыми свойствами, а с другой стороны, ростом электросопротивления упорядоченного (кристаллического) углерода, обладающего свойствами полуметалла. В процессе термообработки количество аморфного углерода уменьшается. [c.26] В данном параграфе рассмотрены три класса материалов, коренным образом отличающихся технологией получения и структурой. Это пирографит, поликристаллический высокопрочный графит, стеклоуглерод. Общим для этих материалов является то, что они в разное время и с разной степенью проработки были исследованы как автоэмиссионные материалы. Однако это абсолютно не свидетельствует о том, что другие углеродные материалы не пригодны для изготовления эффективных автокатодов. [c.26] Пирографит — поликристаллический материал, отличающийся высокой степенью предпочтительной ориентации кристаллитов вдоль поверхности осаждения. По данным рентгеноструктурных исследований, отдельные кристаллиты имеют хорошо выраженную текстуру плоскости (002), параллельной поверхности отложения. Упорядоченность возрастает с ростом температуры синтеза пирографита, причем при температурах выше 2300 °С развивается трехмерная упорядоченность. [c.27] Плотность пирографита более 98,5% теоретической (2,1 — 2,2 г/см ), он отличается низкой пористостью и повышенной коррозионной стойкостью. [c.27] Теплофизические свойства пирографита характеризуются резко выраженной анизотропией. Это наглядно иллюстрируется табл. 1.3, в которой представлены основные параметры пирографита марки УПВ-1 параллельно и перпендикулярно осажденным слоям [5] при температуре 20 °С. [c.27] Отрицательное значение коэффициента теплового расширения в направлениях базисных плоскостей определяется боковым сжатием вследствие значительной амплитуды поперечного сжатия. [c.27] Степень анизотропии осажденного пирографита можно варьировать в широких пределах путем изменения состава и концентрации исходных углеводородов, температуры и времени осаждения и конструктивных параметров реактора [26]. Водород уменьшает, а хлор увеличивает скорость осаждения добавки бора ускоряют процесс упорядочения осадков [27]. [c.27] Температура получения пирографита — один из основных параметров, определяющих его структуру и свойства. Однако имеющиеся данные о влиянии температуры нуждаются в практической оценке, так как измеряемая температура вследствие больших температурных градиентов может сильно отличаться от действительной. [c.28] Отклонения же в температуре процесса осаждения даже в пределах 20 С, обусловливают значительные изменения в структуре пиро-Фафита [29]. [c.28] Характерный вид рабочей поверхности образца пирографита, пригодного для изготовления автокатода, представлен на рис. 1.14. Хорошо видны слои пирографита, выходящие на рабочую поверхность. [c.29] Нефтяной кокс, из которого получают порошки-наполнители, — весьма большая серия продуктов глубокого термического крекинга тяжелых нефтяных остатков, получаемых при температурах от 450 до 550 °С и давлении от 10 до 6-10 Па [32]. Кокс может быть получен как при перегонке сырой нефти, так в специальном производстве при пиролизе нефтепродуктов. Исходное сырье определяет физические и химические свойства нефтяного кокса и, что особенно важно, их стабильность. А это, в свою очередь, влияет на свойства углеродного порошка, получаемого из кокса. [c.29] Большую роль играют способ, условия (температура, состав газовой среды) получения углеродного порошка, а также степень его измельчения. Поверхность углеродных порошков не является равноценной в физико-химическом отношении [33]. Это связано в первую очередь с се энергетической неоднородностью, обусловленной нескомпенсированностью а- и л -электронов у атомов, находящихся на гранях и ребрах кристаллитов. Это обстоятельство значительно влияет на автоэмиссионные свойства получаемых материалов, так как приводит к значительным локальным изменениям работы выхода электронов по рабочей поверхности автокатода, что при прочих равных условиях будет давать значительный разброс тока по поверхности катода. В данном случае уменьшить указанную неравномерность можно уменьшением размера частиц используемого порошка. [c.29] Прессование композиций кокс—связующее основывается на взаимном заклинивающем действии частичек формируемого материала. При этом с повышением давления начинается образование и рост напряженной контактной поверхности между отдельными частичками и их конгломератами [35]. Прочность контактов в одном пористом теле может отличаться на шесть порядков. Кроме геометрической неоднородности существуют различия в свойствах, связанные с ориентацией находящихся в контакте кристаллитов и с наличием входящих в контакты дефектных участков, площадь которых соизмерима с площадью контакта. [c.30] Под обжигом понимают совокупность процессов, происходящих при нагревании формованных материалов до температуры 1300 С. К наиболее значительным изменениям структуры на этой стадии обработки могут быть отнесены а) образование кокса связующего, б) формирование химических и физических связей между углеродными частичками и коксом связующего, в) изменение геометрических размеров и плотности, г) формирование структуры пор и контактной поверхности. В результате происходящих изменений материал приобретает качественно новые механические и электрофизические свойства [3, 36]. Общая продолжительность обжига составляет 80—420 часов. Важнейший недостаток этого процесса — это неравномерное (доходящее до 400 °С) распределение температуры по высоте загрузки, что приводит к разнице по длине заготовки в размерах зерен и других параметров, влияющих на ав-тоэлектронную эмиссию. [c.30] В табл. 1.4. приведены свойства высокопрочных графитов, наиболее изученных в качестве материала для автокатодов, при температуре 20 °С. [c.31] Вернуться к основной статье