高定向熱解石墨

高定向熱解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)是指熱解石墨是經高溫處理，性能接近單晶石墨的一種新型石墨，簡稱(HOPG)。熱處理溫度為3200～3600℃。HOPG密度大於2.25g/cm3，△δ為2°。

物質信息

高定向熱解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)：熱解石墨是經高溫處理，性能接近單晶石墨的一種新型石墨，簡稱(HOPG)。
1963年英國首先用壓力熱處理工藝製取了HOPG，1964年開始美國聯合碳化物公司擴大此工藝製取HOPG，至1970年獲得了△δ=0.40°±0.10°的大塊HOPG。(△δ是用來描述熱解石墨多晶體內晶粒(002)面沿沉積面排列分布的情況，△δ越小，則多晶體越接近單晶。)
中國在20世紀70年代末開始研製HOPG，到80年代中期成功地用作中子衍射儀和x射線衍射儀的單色器。

製取工藝

熱處理熱解石墨

熱處理熱解石墨HAPG(highlyannealedpyrolyticgraphite)。熱處理溫度為3200～3600℃。HAPG密度大於2.25g/cm3，△δ為2°。

平行沉積面拉伸應力熱處理熱解石墨

平行沉積面拉伸應力熱處理熱解石墨TAPG(tensionannealedpyrolyticgraphite)。熱解石墨在2600--2800℃進行熱處理，並同時在平行於沉積面方向施以拉伸應力。拉伸變形達14%，明顯提高了PG石墨化速度，最小的△δ為1.2°，擇優取向明顯優於3000℃無應力處理的PG。

非均質沉積內層應力熱處理熱解石墨

非均質沉積內層應力熱處理熱解石墨ILPG(inner-layerpyrolyticgraphite)。

用直接通電法在2200℃進行沉積熱解石墨，當沉積物厚度達2.5mm時，立即升高溫度使沉積物表面達到2700℃，沉積物發生變形，內層的熱解石墨出現石墨化，△δ為1.5°。此值已優於3500℃無應力熱處理PG。此工藝缺點是無法確定內層PG所處的溫度和所承受的應力。而且只能得到厚度小於lmm的彎曲的HOPG。

壓應力熱處理熱解石墨

壓應力熱處理熱解石墨CAPG(compressionannealedpyrolyticgraphite)。熱解石墨在壓力下進行熱處理而得。壓力為30～50MPa，溫度為2800～3000℃，得到的CAPG密度為2.266g/cm3，△δ為0.40°。小塊的△δ為0.20°，若以CAPG在1MPa壓力下，3400～3600℃再一次熱處理，可以得到近似理想石墨的產品。此工藝為製得大尺寸，小△δ產品的主要途徑。

物質性質

顯微組織與晶體結構

沿HOPG的沉積面方向易劈理，劈理面呈鏡面(圖1)。熱解石墨的錐形顯微結構消失。經700～900℃氧化，出現細蝕溝網路和六角形蝕坑(圖2)。圖3為在2800℃，45mMPa壓力下處理25min，然後又在大於3000℃進行熱處理後所呈現的晶粒尺寸La的變化。

力學性質

HOPG的體積彈性性質與天然石墨單晶相類似，其平行層面方向的室溫剪下強度為0.9～2.5MPa。

物理性質

HOPG的物理特性非常接近單晶石墨，表1為熱解石墨、高定向熱解石墨及單晶石墨的一些物理性能。

高定向熱解石墨物理性質

高定向熱解石墨物理性質

套用領域

X射線單色器

HOPG對X射線具有非常高的反射率，它能消除白光、螢光及X射線管中的雜光所造成的高背景強度(無HOPG單色器，背景強度高達40×103)，使湮沒在背景強度中的衍射線清晰地顯露出來(有HOPG單色器，背景強度降至(1～2)×103)。從而提高儀器的靈敏度和精度。現在HOPG單色器已是x射線衍射儀的必備部件。

中子濾波器和單色器

HOPG對核反應堆出來的中子流的濾波效果優於多晶鈹及石英晶體。鑲嵌度為3.5°的HOPG已成為中子衍射中高效標準濾波器，而且HOPG對中子的反射強度也優於鈹單色器，因而亦用作中子單色器和分析器。

石墨基本性能的研究

研究石墨的一些基本性能，通常用天然單晶石墨，但天然單晶石墨尺寸較小，而HOPG尺寸大，純度高，能滿足這些要求。

大尺寸石墨層間化合物研究

作大尺寸石墨層間化合物的基本研究。