¿Cómo es la microestructura (estructura cristalina) del coque de petróleo grafitizado?

I. Características de la estructura cristalina

Estructura en capas: La estructura cristalina del coque de petróleo grafitizado consiste en redes planas de átomos de carbono hexagonales. Estas redes planas se apilan capa a capa, formando una estructura típica en capas. Las capas están conectadas por fuerzas de van der Waals relativamente débiles, que confieren al grafito lubricidad y anisotropía.
Constantes de red: Tras el tratamiento de grafitización, las constantes de red (a₀ y c₀) del coque de petróleo se aproximan a las del grafito natural, lo que indica un alto grado de similitud en sus estructuras cristalinas. Esta característica estructural permite que el coque de petróleo grafitizado presente una excelente conductividad eléctrica y térmica.
Parámetros microcristalinos: Mediante difracción de rayos X, se pueden calcular parámetros como el espaciado interlaminar (d₀₀₂), el diámetro promedio de la capa (Lₐ) y la altura de apilamiento (Lc) de los microcristales en el coque de petróleo grafitizado. Estos parámetros reflejan el tamaño y la disposición de los microcristales y sirven como indicadores importantes para evaluar el grado de grafitización.

II. Efectos del proceso de grafitización

Transición del estado amorfo al cristalino: Antes de la grafitización, la estructura de carbono del coque de petróleo es amorfa, caracterizada por una estructura de material "desordenada a largo alcance y ordenada a corto alcance". Mediante un tratamiento de grafitización (que generalmente se lleva a cabo a altas temperaturas, entre 2500 °C y 3000 °C), el carbono amorfo se transforma gradualmente en una estructura cristalina de grafito tridimensional ordenada.
Aumento del tamaño de los microcristalitos: Durante la grafitización, el espesor promedio (Lc) y el ancho (Lₐ) de las láminas de la red de carbono aumentan, mientras que el espaciado interlaminar (d) disminuye. Esto da como resultado un aumento del tamaño de los microcristalitos y una estructura cristalina más perfecta.
Reducción de la resistividad: A medida que aumenta el grado de grafitización, la resistividad del coque de petróleo grafitizado disminuye significativamente. Esto se debe a que, durante la grafitización, la disposición de los átomos de carbono se vuelve más ordenada, lo que permite que los electrones se muevan con mayor libertad dentro de los planos de las capas, mejorando así la conductividad eléctrica.

III. Relación entre la microestructura y las propiedades

Conductividad eléctrica: La estructura cristalina laminar del coque de petróleo grafitizado permite que los electrones se muevan libremente dentro de los planos de las capas, lo que resulta en una excelente conductividad eléctrica. Esta propiedad hace que el coque de petróleo grafitizado sea ampliamente aplicable en áreas como materiales para electrodos y aditivos conductores.
Conductividad térmica: Gracias a las fuerzas de van der Waals que conectan las capas, el calor se transfiere rápidamente entre ellas. Por consiguiente, el coque de petróleo grafitizado presenta una buena conductividad térmica, lo que lo hace idóneo para la fabricación de materiales de disipación de calor y otras aplicaciones.
Propiedades mecánicas: La estructura cristalina del coque de petróleo grafitizado le confiere cierta resistencia mecánica. Sin embargo, en comparación con los materiales metálicos, su estructura laminar resulta en enlaces interlaminares más débiles, lo que conlleva resistencias a la flexión y a la compresión relativamente menores. Esta característica de rendimiento otorga al coque de petróleo grafitizado una ventaja en aplicaciones donde se requiere soportar ciertas presiones, pero no una alta resistencia mecánica.