Пиролитический графит своими руками
Пирографит представляет собой великолепный диамагнетик. Самый лучший диамагнетик из всех, которые могут работать при комнатной температуре.
Именно такого качества пирографит может парить над мощными неодимовыми магнитами (есть вариант в комплекте с магнитами).
Пиролитический графит изготавливается из газа метана, метан нагревают при низком давлении до температуры в 2000 градусов по Цельсию. При таких условиях медленно появляется слой за слоем, пирографит.Слои углиродных атомов, формы как кристаллы гексогональных листов. Эти слои ложатся друг на друга, как слюда.
Вы можете очень легко разъединять слои пирографита с помощью тонкого острого ножа или лезвия бритвы. Таким образом, вы получите два или более ломтиков пирографита. Расщиплять слои пиролитического графита нужно вдоль, а не поперек. А разъединять слои пирографита (делать кусочки тоньше) можно и нужно для того, чтобы более легкая пластина выше парила над четырьмя мощными магнитами.
Используйте тонкий острый нож или лезвие бритвы, расщипляйте кусок вдоль и по середине толщины куска.
Возможно разъединить данный кусочек на три, четыре или больше более тонких кусочка.
Когда у Вас есть уже несколько более тонких кусочков, Вы можете разрезать один из них пополам. Таким образом, получившиеся кусочки будут как раз нужного размера (более тонкие и квадратные) для того, чтобы поместить один из них над четырьмя мощными магнитами.
Чем тоньше кусочки пирографита, тем выше они будут парить над магнитами.
Вы можете посмотреть на готовый вариант антигравитации магнитов и пирографита, где показано и рассказано — как именно происходит парение кусочка пиролитического графита над сверхмощными магнитами.
Важно заметить следующее — если Вам нужно, чтобы парила не пластина из пирографита, а небольшой мощный магнит, то лучше будет не разъединять слои пирографита. В данном случае, чем толще кусочек пирографита, тем лучше будут его парамагнитные свойства. Вы можете купить два таких кусочка и сделать следующее антигравитационное устройство:
1. Расположить один, магнит большего размера, в самом верху, прикрепив его к верхней части конструкции.
2. Расположите один такой кусочик пирографита ниже, много ниже под большим магнитом, зафиксируйте эту пластину пирографита.
3. В самой нижней части конструкции должна быть вторая пластина из пирографита. Её тоже нужно зафиксировать.
4. И между двумя пластинами должен быть маленький (около 1 — 3 милиметра в диаметре) мощный магнитик.
5. Поднимая или опуская (медленно) самый верхний и мощный магнит, Вы, в конце концов, добъётесь того, что маленький магнитик, расположеный между двумя пластинами пирографита, повиснет ввоздухе.
Вот видео такой конструкции в действии:
Где-то на youtube, было видео, в котором показывалось подобное устройство, но помимо левитации, висящий ввоздухе магнит раскручивали с помощью тонкой трубочки. Автор видео дул на одну сторону магнита из такой трубочки, и воздух, разгонял магнитик просто до безумных скоростей/оборотов.
Но на этом автор того видео не остановился, он взял лазерный тахометр (прибор для определения скорости вращения чего-либо). Направил прибор на вращающийся магнитик, скорость магнита была, вы не поверите: 30 000 оборотов в минуту.
А вот еще одно видео, демонстрирующее левитацию самой пластины над четырьмя мощными магнитами:
Источник
Изделия из пиролитического графита
Один из видов углеграфитовых материалов ‒ пиролитический графит ‒ занимает особое место в группе. Он отличается технологией изготовления, а также уникальными потребительскими свойствами. Производство пирографита ‒ один из приоритетов современной промышленности конструкционных материалов. Получение этого продукта в промышленных масштабах продиктовано потребностями таких отраслей, как атомная электроэнергетика, авиастроение, машиностроение, приборостроение, химическая промышленность, изготовление полупроводников.
Получение пирографита
При изготовлении пирографита чаще всего используют технологию газофазного химического осаждения на разогретую графитовую или керамическую подложку химически чистого углерода, образующегося в процессе термического разложения углеводородных изделий. Процесс пиролиза проводят при постоянной температуре подложки в диапазоне 1000-2500°С и атмосферном или пониженном давлении. Изделие, получаемое в результате высокотемпературного осаждения углерода, характеризуется выраженной анизотропией свойств, может иметь различную плотность, механические, электро- и теплофизические характеристики.
Другой способ производства пирографита основан на технологии карбонизации углеродсодержащих продуктов в конденсированной фазе (пиролитическое разложение). Позволяет получать практически изотропные конструкционные изделия общего назначения. Из них изготавливают различные фасонные изделия, используемые в машиностроении, химической отрасли (пластины, кольца, уплотнения, антифрикционные конструкции).
Плотность, г/см 3 (н.м.)
Прочность на сжатие, кг/см 2 (средняя)
— при комнатной температуре
Прочность на растяжение, кг/см 2
— при комнатной температуре
Удельное электросопротивление, мкОм·см
— при комнатной температуре
Особенности изделий
Пиролитический графит физически представляет собой углеродный материал класса поликристаллических переходных структур. Атомы углерода находятся в гексагональных матрицах различных размеров, которые по-разному ориентированы в пространстве. Чем выше степень их упорядочения, тем выше показатель анизотропии конструкционного материала. В свою очередь от этого также зависят такие характеристики пирографита, как плотность, механическая прочность, электрические и теплофизические свойства.
При изготовлении пирографита по технологии высокотемпературного осаждения из газовой фазы, свойства получаемого материала приближаются к монокристаллу графита:
- высокая плотность, достигающая значения 2200 кг/м3 (у монокристалла — 2267 кг/м3);
- однородность структуры, отсутствие пор;
- выраженная анизотропия физических свойств (тепло- и электропроводность, механические характеристики).
Дополнительный нагрев заготовки до 3000°С приводит в процессе производства пирографита к упорядочению структуры (увеличению анизотропии), снижению внутреннего напряжения, устранению микротрещин и других скрытых дефектов, упрочнению материала.
Преимущества, применение
Уникальное сочетание различных технических свойств анизотропного пиролитического графита обусловило его широкое применение в высокотехнологичных отраслях. В частности, особо ценными считают такие его характеристики:
- Полная непроницаемость материала, его высокая жаростойкость (защитные пленки из пирографита).
- Высокая электро- и теплопроводность в осевом направлении (соизмерима с цветными металлами).
- Отменные теплоизоляционные свойства в перпендикулярном к основе направлении.
- Высокая прочность, эрозионная устойчивость, коррозионная стойкость.
Пластинчатые заготовки, пленочные покрытия из анизотропного пирографита используют при изготовлении ответственных узлов и деталей в авиационной промышленности, химической отрасли, атомной энергетике ‒ там, где требуется сочетание уникальных физико-химических свойств этого конструкционного материала.
Источник
Способ пиролитического выращивания нанокристаллических слоев графита
Владельцы патента RU 2429315:
Изобретение относится к области получения монокристаллических слоистых пленок графита на полупроводниковых подложках, представляющих интерес для использования в производстве приборов оптоэлектроники. Сущность способа состоит в том, что проводят термическое разложение метана на полированной пластине кремния при давлении 10-30 Торр и температуре 1200-1350°С. Нагрев осуществляется пропусканием электрического тока через две параллельные ленты из углеродной фольги, в зазоре между которыми размещается пластина кремния. Изобретение позволяет получать нанокристаллические слои графита высокого качества. 1 ил.
Изобретение относится к области получения монокристаллических слоистых пленок графита на подложке и может быть использовано для производства приборов оптоэлектроники, а также для получения графена.
Известен способ получения слоев пироуглерода на поверхности углеродных изделий, включающий схему нагрева внешним нагревателем покрываемых изделий в среде углеводородов (Фиалков А.С., Бавер А.И., Сидоров Н.М., Чайкун М.И. Пирографит. «Успехи химии», 1965, т.34, №1, с.132-153).
К недостаткам известного способа можно отнести преимущественное осаждение пироуглерода на внешнем нагревателе и подвод к поверхности обрабатываемого изделия реакционных продуктов разложения исходного углеводорода, что снижает качество получаемых покрытий.
Другим недостатком является повышенный расход электроэнергии, связанный с необходимостью значительного перегрева внешнего нагревателя относительно обрабатываемых изделий.
Применение данного способа не позволяет получать слои графита с монокристаллической структурой, поскольку образуется достаточно плотный аморфный углерод, пропитывающий поры заготовки.
Известен способ пиролитического уплотнения лент из графитовой фольги, включающий нагрев ленты и термическое разложение углеводородного реагента на ее поверхности, причем нагрев осуществляется пропусканием электрического тока через участок ленты, проходящий между двумя графитовыми электродами и прижимными элементами при температуре 1800-2000°С и давлении углеводородного реагента от 8 до 50 Торр (по патенту №2315710, бюл. №3, опубл. 27.01.10).
Вышеприведенный способ пиролитического уплотнения лент из графитовой фольги наиболее близок по технической сущности к заявляемому способу, поэтому выбран в качестве прототипа.
Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего способа, выражается в повышении качества пиролитического графита и выращивания нанокристаллических его слоев.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем нагрев лент из графитовой фольги и термическое разложение углеводородного реагента на поверхности лент, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока через две параллельные ленты, в зазоре между которыми размещена подложка из механически полированного кремния, причем температуру подложки поддерживают в пределах 1200-1350°С, а давление углеводородного реагента — от 10 до 30 Торр.
В качестве углеводородного агента используется метан СВЧ. Пиролиз метана происходит как на лентах из углеродной фольги, нагретых до существенно более высокой температуры, так и на кремниевой подложке. Специфический характер газотранспортных процессов с учетом крайне малых зазоров между углеродными лентами и кремниевой подложкой, а также влиянием электрического и магнитного полей способствует осаждению на кремниевой подложке нанокристаллического слоистого графита. Полировка поверхностей кремниевой подложки необходима для обеспечения нанокристаллической структуры первично осажденных слоев графита.
Если парциальное давление метана ниже 10 Торр, то его концентрации в атмосфере камеры недостаточно для получения плотного слоя пирографита.
Если поднять парциальное давление метана выше 30 Торр, то на поверхности кремниевой подложки высаживается сажа, что делает выращивание нанокристаллического графита невозможным.
Если температура прогреваемого участка ленты фольги будет ниже 1200°С, то в указанном диапазоне давлений метана заметного осадка пирографита не возникнет.
При превышении температуры свыше 1350°С кремниевая подложка вступает в химическое взаимодействие с окружающими ее углеродными лентами и начинается ее частичное оплавление.
Схема практического осуществления заявляемого способа иллюстрируется рисунком.
В зазоре между двумя параллельными лентами 1 и 2 из углеродной фольги размещена пластина 3 из полированного кремния. Ток подается к лентам 1 и 2 через графитовые электроды 4 и 5. На поверхностях пластины 3 постепенно вырастают слои нанокристаллического графита 6 и 7.
Между двумя графитовыми электродами 4 и 5 закрепили две ленты из углеродной фольги 1 и 2 толщиной 200 мкм, шириной 30 мм и длиной 160 мм каждая с зазором 1 мм. В зазоре установили полированную пластину 3 из кремния КСД-3 толщиной 200 мкм и размерами 15×30 мм. После герметизации и откачки реакционной камеры в нее напустили метан квалификации СВЧ до давления 15 Торр и включили нагрев путем пропускания переменного тока через ленты 1 и 2. Температура пластины составила 1270±20°С. Длительность цикла нагрева составила 2,5 часа. После извлечения пластины 3 на ее поверхностях обнаружены блестящие пленки толщиной 80±20 мкм каждая. Рентгеновская съемка показала монокристаллическую структуру поверхности пленок с преимущественной ориентацией поверхности (100). Электронно-микроскопическое исследование продемонстрировало, что слои осажденного графита сформированы отдельными частицами с характерным размером от 30 до 50 нм. Рентгенофазовый анализ показал присутствие в выращенном графите кремния в количестве 5 ат.%.
То же, что и в примере 1, но давление метана в реакционной камере поддерживали на уровне 7 Торр. После извлечения кремниевой пластины на ней обнаружена аморфная пленка желтого цвета, легко удаляемая органическими растворителями.
То же, что и в примере 1, но давление метана в реакционной камере поддерживали на уровне 45 Торр. Поверхность кремниевой пластины покрыта плотным слоем сажи. После удаления сажи следов кристаллического слоя не обнаружено.
То же, что и в примере 1, но температура кремниевой пластины поддерживалась на уровне 1200±20°С. После извлечения пластины 3 на ее поверхностях обнаружены блестящие пленки толщиной 65±20 мкм каждая. Рентгеновская съемка показала монокристаллическую структуру поверхности пленок с преимущественной ориентацией поверхности (100).
То же, что и в примере 1, но температура кремниевой пластины поддерживалась на уровне 1350±20°С. После извлечения пластины 3 на ее поверхностях обнаружены блестящие пленки толщиной 105±20 мкм каждая. Рентгеновская съемка показала монокристаллическую структуру поверхности пленок с преимущественной ориентацией поверхности (100).
То же, что и в примере 1, но температура кремниевой пластины поддерживалась на уровне 1100±20°С. На поверхности кремниевой пластины обнаружен тонкий слой осадка желто-серого цвета, не имеющий металлического блеска.
То же, что и в примере 1, но температура кремниевой пластины поддерживалась на уровне 1380±20°С. Извлеченная из реакционной камеры кремниевая пластина подплавлена по краям и не отделяется от нижней ленты фольги, внешние поверхности темно-серые и неровные.
Способ пиролитического выращивания нанокристаллических слоев графита, включающий нагрев лент из углеродной фольги в герметичной водоохлаждаемой камере прямым пропусканием электрического тока и термическое разложение углеводородного реагента, отличающийся тем, что в узком зазоре между двумя параллельными углеродными лентами размещают полированную кремниевую пластину, нагревая ее до температуры 1200-1350°С, а в качестве углеводородного реагента используют метан при давлении в диапазоне от 10 до 30 Торр.
Источник
