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The thermal expansion of graphite within the layer planes

1964; Elsevier BV; Volume: 12; Issue: 2 Linguagem: Francês

10.1016/0022-3115(64)90139-4

1873-4820

E. A. Kellett, B. P. Richards,

High Temperature Alloys and Creep

The thermal expansion of graphite within the layer planes has been investigated by X-ray diffractometer and powder diffraction techniques. Direct measurements of the a lattice dimension over the whole range of temperatures from −196° C to 3000° C have been made for the first time. Two specimens were studied, one a spectroscopic electrode material of p ≈ 0.2 and the other a highly orientated pyrolytic graphite. The variation of the coefficient of thermal expansion αa was computed from the measured variation with temperature of the a lattice dimension. It is shown that above about 400° C there is a progressive expansion of the interatomic spacings in the basal plane with αa approaching a limiting value of 1.2 × 10−6 per °C. This provides the first experimental confirmation of theoretical prediction. Below 400° C there is an expansion with decrease in temperature. Below 0° C the rate of expansion rapidly decreases and a limiting value of the a lattice parameter is approached at − 196° C. These findings are consistent with the results of Nelson and Riley who found a minimum in the a-dimension at about 400° C. The experimental data are compared with those predicted by theory and with those obtained by other workers. La dilatation thermique du graphite suivant les plans de base de l'hexagone a été étudiée par les techniques du diffractomètre de rayon X et par celle des diagrammes de poudre. Des mesures directes du paramètre a ont été effectuées pour la première fois sur tout le domaine de températures depuis −196° C à 3000° C. Deux échantillons ont été étudiés, l'un étant constitué par une électrode de spectroscopie de p ≈ 0,2 et l'autre provenant d'un graphite pyrolytique fortement orienté. La variation du coefficient de dilatation thermique αa fut déterminée à partir des variations mesurées du paramètre réticulaire a en fonction de la température. On a ainsi montré qu'au dessus de 400° C environ, il y a une dilatation progressive des distances interatomiques dans le plan basai conduisant à une valeur limite du coefficient αa égale à 1,2 × 10−6 par °C. Ceci apporte la première confirmation expérimentale de prévisions théoriques. En-dessous de 400° C il y a une dilatation en fonction de la température décroissante. En dessous de 0° C, la vitesse de dilatation diminue rapidement et le paramètre réticulaire a atteint une valeur limite aux environs de − 196° C. Ces constatations sont en accord avec les résultats de Nelson et Riley qui trouvèrent un minimum pour le paramètre a à environ 400° C. Les données expérimentales sont comparées à celles prédites par la théorie ou avec celles obtenues par d'autres auteurs. Die thermische Ausdehnung von Graphit in Flächenschichten wurde mit Hilfe des Röntgendiffraktometers und von Pulverbeugungsmethoden untersucht. Direktmessungen des Gitterparameters a wurden über den Temperaturbereich von − 196° C bis 3000° C gemacht. Zwei Proben wurden untersucht; die eine davon war spektroskopisches Elektrodenmaterial mit p ≈ 0,2, die andere ein hochorientierter pyrolytischer Graphit. Die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten αa wurde aus der gemessenen Änderung des Gitterparameters a mit der Temperatur berechnet. Es wurde gezeigt, dass oberhalb 400° C eine progressive Ausdehnung der interatomaren Räume in der Grundfläche stattfindet, wobei der Grenzwert für αa etwa 1,2 × 10− 6 pro °C ist. Diese Tatsache liefert die erste experimentelle Bestätigung theoretischer Voraussagen. Oberhalb 400° C nimmt die Ausdehnung mit der Temperatur ab. Unterhalb 0° C sinkt der Ausdehnungskoeffizient rasch und ein Grenzwert des Gitterparameters a wird bei − 196° C angenähert erreicht. Diese Ergebnisse sind mit denen von Nelson und Riley vereinbar. Beide fanden ein Minimum der a-Dimension bei etwa 400° C. Die experimentellen Daten werden mit denen verglichen, die sich aus der Theorie ergeben und mit den Werten, die durch andere Autoren erhalten worden sind.