“各向同性热解石墨材料不是从矿山里挖出来的，而是‘种’出来的。我们通过化学气相沉积技术，在高温环境下分解甲烷、丙烷等碳氢气体，随着气体分子分解，碳原子团簇就像雨滴一样，一点一点地沉积在模具表面，慢慢‘生长’成一块致密、高纯度的纯碳质材料。”说起团队在特种炭材料研究上取得的创新成果，中国科学院金属研究所研究员、先进炭及二维材料研究部特种炭材料研究与应用创新课题组组长白朔就打开了话匣子。
“各向同性热解石墨是一种非常难得的材料，它最大的特点是‘各向同性’，也就是说材料在各个方向上的性能基本一致，同时还具有均匀、致密、不透等优异性能。”白朔将各向同性热解石墨比喻成一块质地均匀的玉石，各个方向都一样结实、致密、均匀，与传统石墨材料在不同方向上性能差异较大、多孔的特点大相径庭。
各向同性热解石墨的非凡特性
为什么各向同性热解石墨会表现出如此特性？材料的微观结构给出了答案。
这种材料由许多颗粒状碳结构堆积而成，每个颗粒大致可分为三层结构，即中心的核心层、包围核心的层状结构、最外侧的缠结结构。有趣的是，这些结构中的碳原子层都以核心为中心呈圆周分布，形成了中心对称的结构。正是这种微观上的对称排列，造就了材料宏观上的各向同性。
与众不同的特性，决定了各向同性热解石墨不同凡响的表现，可以称为业界的“黑金”。在性能表现上，这种材料不仅具有高机械强度、高耐磨损性能，还因其不透性而具有高抗氧化性，且具有极高的加工精度和密封性能，是当前已知的综合性能最佳的纯碳质机械密封材料。
白朔说：“像航空、航天等动力装置中的机械密封环就是各向同性热解石墨大显身手的舞台。”
为航空等领域提供材料支持
白朔开展特种炭材料研究已有30年，取得了多项成果。他介绍，各向同性热解石墨制备工艺窗口非常狭窄，想要做出大直径均匀、致密材料，就好比要用蒸汽在玻璃上结出一层完美无缺、厚度一致的冰花，制备难度极高。（下转7版） （上接1版，“种”出来的工业“黑金”）科研团队十年磨一剑，不断突破材料制备装置、制备工艺等关键技术，成功制备出大规格的各向同性热解石墨材料，为我国航空、航天、船舶等领域技术创新和设备升级提供了坚实的材料支持。
“随着客户需求的变化，我们制备各向同性热解石墨材料的规格也不断提升，目前已可制备的最大规格突破230毫米。”白朔表示，团队在热解石墨研究领域不断深入，大力拓展热解石墨应用领域的广度和深度。科研团队制备出的超高导热解石墨材料有望在热管理领域取得广泛的应用。
沈阳日报、沈报全媒体记者 岳雨