Étude micrographique de la carbonisation et de la graphitation d’un brai de houille extrait

Communauté Européenne de l’Énergie Atomique, Centre Commun de Recherche de Petten, Pays-Bas.

Résumé

La micrographie en lumière polarisée a été utilisée pour étudier les microstructures formées au cours de la carbonisation et de la graphitation d’un brai de houille dont on a préalablement extrait les particules insolubles. Les nœuds et les croix, reconnus comme quatre types de défauts linéaires de l’empilement des couches planes aromatiques, sont les traits saillants des contours d’extinction de la lumière polarisée. Le processus de coalescence engendre le plus souvent des défauts d’empilement du type croix, tandis que la déformation de la mésophase plastique provoquée par la naissance et l’in- filtration des bulles de gaz aboutit à un brusque accroissement du nombre des défauts d’empilement ainsi qu’à la formation de régions fortement orientées dont les couches possèdent de nombreux plis. Les principaux effets d’un traitement thermique ultérieur peuvent être résumés par un durcissement et une formation de fissures de retrait, suivi d’une formation de plis à arêtes vives et se terminant par la formation d’amas mosaïques et de bandes de pliage. En supprimant les contraintes aux limites et en fournissant des espaces vides pour de petits déplacements du matériau, le développement des fissures de retrait parait être un précurseur essentiel de la formation des plis à arêtes vives. Dans ce dernier processus, les couches cintrées au niveau des plis s’ajustent pour former des limites déliées et approximativement linéaires. Aux températures voisines de 3 000 °C des amas mosaïques et des bandes de pliage se forment à petite échelle et représentent l’étape finale de la graphitation.

Abstract

Polarized light micrography has been employed to investigate the microstructures formed in the carbonization and graphitization of a coal-tar pitch from which the insoluble particles have been removed by solvent extraction. Prominent features in the polarized-light extinction contours are the nodes and crosses, which are identified as four types of linear defects in the stacking of the aromatic layer planes. The coalescence process produces mostly cross-type stacking defects, but the deformation of the plastic mesophase caused by the percolation of gas bubbles results in an abrupt increase in the number of stacking defects and the formation of highly oriented regions with many folds in the layer planes. The principal effect of further heat-treatment may be summarized as hardening and formation of shrinkage cracks, fold sharpe- ning, and finally the formation of mosaic blocks and kinks. By relieving boundary restraints and providing void space for small displacements of bulk material, the process of shrinkage cracking appears to be an essential precursor to fold sharpening. In this latter process, the curved layer planes in the folds adjust to form sharp and approximately linear boundaries which may be twin boundaries in the ideal case. At temperature near 3 000 °C, mosaic blocks and kinks are formed on a fine scale as the final step in graphitization.