碳相圖(phase diagram of carbon)是指不同溫度和壓力條件下，碳的各種存在形態之間的界限及互相轉化的簡單圖解。有時簡稱為壓強、溫度圖或P-T圖。碳的熔點很高，蒸汽氣組成也很複雜，液態碳的性能直至20世紀90年代仍有爭議。80年代之後，利用激波、雷射及大電流脈衝放電等加熱加壓技術，拉曼光譜等檢測手段以及深入的理論分析，碳相圖的範圍逐漸擴大，內容也日趨豐富，但要繪製完整的碳相圖，仍困難重重。碳的存在形態除氣態、液態、金剛石、石墨之外，還有炔碳(線狀碳)、紊碳、富勒碳、碳納米管及高壓高溫下極有可能存在的金屬碳如BC-8等。炔碳、富勒碳等這些非經典的碳元素形態，在碳相圖中尚未有明確肯定的位置，只提出了一些推測性的建議。
基本介紹
- 中文名：碳相圖
- 外文名：phase diagram of carbon
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 簡稱：壓強、溫度圖或P-T圖
簡介,“老式”碳相圖,古斯塔森碳相圖,邦笛碳相圖,展望,
簡介
碳相圖(phase diagram of carbon)是指不同溫度和壓力條件下，碳的各種存在形態之間的界限及互相轉化的簡單圖解。有時簡稱為壓強、溫度圖或P-T圖。碳的熔點很高，蒸汽氣組成也很複雜，液態碳的性能直至20世紀90年代仍有爭議。80年代之後，利用激波、雷射及大電流脈衝放電等加熱加壓技術，拉曼光譜等檢測手段以及深入的理論分析，碳相圖的範圍逐漸擴大，內容也日趨豐富，但要繪製完整的碳相圖，仍困難重重。碳的存在形態除氣態、液態、金剛石、石墨之外，還有炔碳(線狀碳)、紊碳、富勒碳、碳納米管及高壓高溫下極有可能存在的金屬碳如BC-8等。炔碳、富勒碳等這些非經典的碳元素形態，在碳相圖中尚未有明確肯定的位置，只提出了一些推測性的建議。
“老式”碳相圖
邦迪於1964年及1980年曾兩次提出這一種P-T圖，涉及的壓強範圍為0-120GPa，溫度範圍為0-4500K，圖上有4種碳相：石墨（Gr）、金剛石（Di）、金屬碳（Me）及液碳（Li）。Gr. Di.Li三相點約為11-12GPa/4000K，Di.Me.Li三相點約為54GPa/2300K。1973年J.A.范·維西屯提出的P-T圖。其中只有Di.Li.Me三種相，壓強範圍比邦笛圖略高，為0-100GPa，圖上只有一個三相點，即Di、Me、Li3相點，約為105GPa/3200K。1979年R.格羅佛提出的P-T圖，圖上也有Gr、Di、Me、Li4種相，壓強範圍與范·維西屯圖相同，溫度範圍則較大，為0-6000K，Di、Me、Gr三相點約為11.2GPa/3800K，Gr、Me、Li三相點約為11GPa/4500K。這幾種早期的P-T圖都比較粗疏，有不少不確之處，只有歷史價值，但表明了科學征程上的艱辛和曲折。1989年邦笛總結了這一漫長的歷史研究情況。認為可用如圖1所示的P-T圖加以概括。這是一幅所謂老式的碳相圖，但比早期出版的手冊和教科書中的P-T圖卻略勝一籌。
圖1在圖中的D區中進行無擴散相變，把石墨轉化為六方金剛石(朗德石)，在相變過程中相鄰碳原子之間的相何關係保持不變，在這樣的情況下，碳原子有規則地進行切變位移，位移的結果產生點陣形變，形成新相。新相承襲母相的原子序態和晶體缺陷，而且相變是可逆的，借用金相學的術語，這樣的相變稱為馬氏體相變。
古斯塔森碳相圖
1986年古斯塔森（P.Gustafson）對20世紀60年代至80年代中期的工作，特別對碳的各種熱力學數據，作了十分細緻的整理加工，得出了別具一格的碳相圖（圖2）。
圖2邦笛碳相圖
1989年邦笛總結了直至1988年3月為止的種種數據，提出了一幅碳相圖（圖3），聲稱這一相圖在當時最為可靠。這一相圖的壓強範圍大為拓寬，為老式圖的4倍，古斯塔森圖的2倍，溫度範圍有所也有所擴大。
圖3展望
在溫度壓強特別高的區域，缺乏實驗數據，但理論研究頗為活躍。根據計算曾提出高溫高壓區金剛石熔化線及金剛石與理論預測的BC-8等新碳相的分界線。在這一領域、不少工作尚待展開。
