Uhlík a jeho modifikace

Uhlík a jeho modifikace
Technická univerzita v Liberci
Nekovové materiály, 5. MI
© Doc. Ing. Karel Daďourek,
2008
Stavový diagram uhlíku
Modifikace uhlíku
Modely mřížek
Diamant
Grafit
Vznik a výroba diamantu
Diamantová mřízka
čtyřstěny v krychli
Vlastnosti diamantu
• Tvrdost geologická 10 – cca 10 000 HV
závisí na směru – anizotropní, nejvyšší
• Hustota 3,511 g / cm3
• Velmi křehký, štěpný podle rovin (111),
lomová houževnatost KIc okolo 2 MPa/m1/2
to je asi 2 % oceli
Délka kritické trhliny 10-4 mm
• Index lomu 2,43 – nejvyšší
• Teplota tání 3820 oC – velmi vysoká
• Tepelná vodivost 900 – 2300 W/mK (anizotropní) – nejvyšší
(měď 390)
• Youngův modul 442 GPa - nejvyšší
Přírodní diamanty
1 karát = 0,2 g
Cullinan – Hvězda jihu
3106 karátů = 621 g
Diamantový film - CVD
mikrokrystaly – vel. cca 1 mikrometr
Diamantový nanoprášek
velikost zrn okolo 100 nm
Diamantové krystalky
velikost desítky mikrometrů
Porovnání mřížek
Přírodní grafit
Grafitové součásti
Grafit - mřížka
Vlastnosti grafitu
• Štěpný v rovinách kolmo na slabou vazbu
(štěpné – bazální roviny)
• Hustota 2,2 g / cm3
• Tvrdost mineralogická 1 – 2, okolo 50 HV
• Youngův modul 180 GPa
• Pevnost v tlaku 650 Mpa
pevnost v ohybu 400 Mpa
pevnost v tahu 150 Mpa
• Křehký při pokojové teplotě
Grafit
vysokoteplotní pevnost
Porovnání pevností
Grafit
tepelné vlastnosti
Relativní tepelná vodivost v závislosti na teplotě
Grafit
tepelné vlastnosti
Grafit
elektrický odpor
Vazby v uhlíku
Struktura nejjednoduššího
fullerenu
- E = 491 Gpa
(o 12 % víc
než diamant
- Teplota
supravodivosti 42,5
K
Fullereny
Buckyball - C60
C540
Nanotrubička C
Jiné modifikace
• Karbin (1960) – lineární řetězce
- C – C ≡ C –C ≡ C – C ≡ C –C ≡
=C=C=C=C=C=C=
vysokopevný polovodič, hexagonální
• Sklovitý uhlík – pyrolyzou organických polymerů.
Izotropní, tvrdý, křehký, málo vodivý, odolný korozi
• Grafitová vlákna