石墨的晶体缺陷

图  1石墨的旋转孪晶缺陷

a)示意图  b)扫描电镜观察的形貌

图2  石墨的螺型位错缺陷

a)示意图  b)扫描电镜观察的石墨球表而螺型位错形貌

图3  石墨螺型结构的种类

a)圆锥螺型  b)典型螺型(α=180^。)  c)圆柱螺型 (α=0^。) 

石墨晶体中存在大量的缺陷；如间隙或晶格空位造成的晶格畸变、一列或若干列碳原子有规律的堆砌错排造成的晶格畸变。石墨晶体的缺陷直接影响着石墨的生长。

石墨晶体缺陷有：

1．旋转孪晶    旋转孪晶是石墨晶体中常见到的一种缺陷，石墨晶体的碳原子层仍保持平行；上下层绕c轴相互旋转一个角度(见图1)，此角称θ角。旋转的角度符合界面对应理论，以保证界面上有尽可能多的原子相互对应。形成旋转孪晶的角度多为：22^。、28^。或13.2^。、21.8^。及27.8^。。

在石墨基面与棱面内碳原子结合力的巨大差别是造成旋转孪晶缺陷频繁产生的一个重要原因。

2．螺型位错    尽管石墨基面上C原子以强的共价键结合，但碳原子在六角形网上仍然会在某些地方出现缺少的情况，此时所引起的钳形缺陷便构成螺形位错的基础。当存在垂直于基面的切应力时，便可能使石墨晶体沿Q面切开，导致形成螺形位错，CD线是螺旋面的中心，如图2所示。石墨晶体中螺形位错缺陷比旋转孪晶缺陷要少许多。

Double和Hellawell按锥顶角大小将螺型位错分为三种类型(见图3)：

(1)圆锥螺型：是重叠的石墨片相互绕c轴旋转θ角而形成。旋转θ角按下式计算：

θ=2πcos(α/2)

式中θ-锥顶角，可能的螺旋排列范围在α=0^。～l80^。。

(2)典型螺型：是一种垂直于(0001)面的纯螺型位错。

(3)圆柱螺型：此时的锥顶角为0^。。实际中经常存在的为圆锥螺型，锥顶角在0^。～180^。之间。球化元素原子嵌入石墨层问或在基面上吸附，造成面的局部抑制作用，容易产生螺型位错。此外，熔液的过冷，尤其在低S、O活性元素存在情况下产生的过冷能显著增加扰动源，加速螺型位错形成。