Особняком стоит пирографит, образующийся при термическом разложении на горячей поверхности (при тщательно контролируемых внешних условиях) газообразного углеводорода — метана СН4. При обтекании специальной подложки (обычно это тот же промышленный графит) метан разлагается, а газообразный углерод конденсируется на горячей поверхности, имеющей температуру от 2300 до 2600 К. При меньшей температуре реакция идет очень медленно, а при большей преобладает обратный процесс — взаимодействие углерода с водородом и метаном. Высокие технологии доступны не только в областях обработки материалов, например, в современных домах уже давно используются люстры с пультом управления, которые не только великолепно выглядят, но и просты в управлении.
Атомы углерода осаждаются на подложку упорядоченным образом, слой на слой, образуя правильную структуру с более высоким, чем у технического графита, отношением прочности к массе. Плоскости отдельных шестиугольных частиц пирографита параллельны поверхности осаждения, но не имеют регулярной структуры. Анализ показал, что пирографит обладает высокоориентированной структурой кристаллов. Хотя технический графит в процессе прессования (трамбовки) также становится анизотропным, отношение числа кристаллов, ориентированных своей главной осью по нормали к поверхности, к ориентированным параллельно ей, у него не превышает 2:1, тогда как у пирографита это отношение равно 1000 : 1. Высокая степень структурной анизотропии пирографита находит свое отражение в столь же сильной анизотропии коэффициента теплопроводности. Заметим, что при =1300К графит имеет соответственно в 150 раз выше, чем пирографит. Плотность пирографита составляет около 2200 кг/м3. Интересно, что теплоемкость слабо зависит от сорта графита и его ориентации. Существует определенная связь между теплопроводностью и электропроводностью различных сортов графита, значения проводимостей которых отличаются более чем вдвое. При комнатной температуре теплопроводность с точностью ±5% может быть вычислена по величине электропроводности а, которая легко поддается экспериментальному определению. Показано, что в этих условиях справедливо обысное равенство.
Это соотношение отличается от закона Видемана — Франца, описывающего электронную проводимость в металлах. В графите перенос тепловой энергии примерно на 99% происходит за счет колебаний кристаллической решетки, а электронная проводимость мала. Это положение подтверждается также тем, что добавка в графит бора изменяет его электрические свойства в широких пределах без заметного воздействия на теплопроводность. Пирографит не новая модификация графита (в 1880 г. был выдан патент на его получение), однако только в современной технике он нашел широкое применение. Единственным недостатком пирографита является его большой коэффициент линейного расширения, что приводит при нагреве к разрыву подложки под пирографитовой оболочкой. Для предотвращения этого явления в состав пирографита вводят несколько процентов карбида кремния (однако при этом несколько увеличивается его теплопроводность). Скорость горения пирографита при взаимодействии с высокотемпературным потоком воздуха меньше, чем у обычных марок графита, почти в 104 раз, т. е. в данном случае мы имеем дело с так называемой «медленной» кинетикой процесса. Это, вероятно, связано с высокой плотностью поверхности пирографита, существенно уменьшающей площадь реакции.
19 сентября 2012
