玻璃碳簡稱玻碳,是結合了玻璃和陶瓷屬性的非石墨化碳,由聚合有機物前驅體在惰性氣體氛圍下高溫燒結而成,因其通體呈黑色,表面光滑類似玻璃,故將其稱為玻璃碳。
高溫應用
玻璃碳在3000°C左右的惰性氣體或真空中有較高的耐高溫性,強度會隨著溫度的升高而增加,最高可達2700K,且不會脆化,具有極高的抗熱震性。
此外,玻璃碳還具有低質量、低吸熱和低熱膨脹的特性,幾乎適用于所有的高溫應用,如高溫計保護管、裝料系統、高溫爐零件等。
化學應用
玻璃碳的高耐腐蝕性非常適合化學分析。與鉑、金以及其他耐腐蝕金屬、特殊陶瓷和氟塑料制成的常規實驗室設備相比,玻璃碳設備耐所有的濕分解劑,耐酸和堿熔體,且無記憶效應,分析樣品無污染。
牙科技術
牙科技術中常使用玻璃碳熔化坩堝來熔化貴金屬和鈦合金,可以縮短加熱和熔化時間,且熔化單元的電加熱線圈可以在更低的溫度下運行,不僅減少了每次鑄造所需要的時間,還可延長坩堝的使用壽命。
另外,其具有貴金屬熔體無附著力、高導熱率、耐熱沖擊等優勢,適用于所有的貴金屬和鈦合金,它的不潤濕性也消除了材料損失的問題。
半導體類
玻璃碳具有高純度、高耐腐蝕性、不產生顆粒等優良性能,是半導體生產的理想材料。以它為原材料制成的坩堝和舟皿可用于通過布里奇曼法或切克勞斯基法對半導體組件進行區域熔化、砷化鎵合成以及單晶生長。
除此之外,玻璃碳還可作為離子注入系統的零件和等離子蝕刻系統的電極,高X射線透射率的特性也使得玻碳晶片常被用作X射線掩模的基材。
自1962年科學家首次合成玻璃碳以來,關于玻璃碳結構與性質的研究一直是碳材料領域熱議的話題。到目前為止,玻璃碳可以分為兩類,I型和II型玻璃碳。
I型玻璃碳是聚合有機物在溫度低于2000°C的條件下燒結形成的,其內部主要由取向無序的卷曲石墨烯碎片構成。
II型玻璃碳是在更高的溫度條件下燒結而成的,其是由納米尺度自組裝的富勒烯狀類球體結構堆垛形成的無序多層石墨烯三維矩陣。
因具有低密度、高硬度、高強度、高不滲透性、高熱穩性和化學穩定性等諸多優異性能,玻璃碳在工業、化工、電子等領域得到了廣泛應用。
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