谈谈球状石墨的特点

　　对石墨中各个元素的浓度及分布状态的探查有助于了解石墨生长的不同模式及相应的生长机制。
　　经过球化处理的铸铁中出现接近球形外廓的球状石墨。运用电子扫描显微镜、深腐蚀、热氧腐蚀、离子侵蚀等技术手段，研究观察了球状石墨的三维形貌及其内部结构。可以观察到球体表面并不平整，有很多凸起物和深邃的沟槽孔洞，也可以看到近似六边形的晶体生长螺线。球体剖面具有年轮状特征。大多数石墨中间可以观察到核心物质的存在。石墨晶体由核心向外沿晶格方向辐射生长，形成许多类似锥形的晶体。这些晶体构成的球状石墨中的晶格基面大体上与辐射生长的方向相垂直。
　　过去曾经有一种说法，认为球状石墨具有特定结构的晶核，此种晶核提供的生长台阶可以导致石墨晶体较均匀地以三维辐射状生长，形成球状石墨。人们也提出过一些相关机制，但是后来发现球状石墨核心物质的成分和结构是多种多样的，并没有找到特定的核心结构足以使石墨成球状。已经查明的物质大多数是氧化物和硫化物，也存在这些化合物的复合物。如镁、铈、稀土元素等各自的硫化物，硅的氧化物以及各种氧化物的复合物。有的复合物中还含有氮、铝、碲等元素。有研究人员使用电子探针探查形核基质物质结构，发现它们是双层结构的。内层以钙、镁等的硫化物为主体，尺寸约为整个形核基质物质的1/10，外层呈脊柱状，主体为镁、铝、硅、钛等的氧化物，两层物质之间存在有一定的结晶方位关系。
　　另外的研究人员使用透射电子显微镜观察热腐蚀试样，看到球状石墨心部存在细小的片状石墨，并与偏振光观察结果做了比较，发现每个球状石墨的心部都存在一个线状或分枝状的暗色物质。这种物质可以在2-3个相距4μm的连续剖面上看到，围绕着核心物质的是三角形肋骨状晶态物质。研究者指出，这种观察到的黑色物质便是片状石墨。接近中心的石墨晶体其（0001）晶面垂直于辐射生长方向，往外则逐渐变成与球体相切的切面。这种位于球状石墨球体心部的片状石墨是普遍存在的。球状石墨的生长起始于这种细小而没有特定形状的片状石墨。
　　根据对球状石墨心部核心物质的探查结果，可以推断镁、铈等的硫化物和硅的氧化物以及这些物质的复合物是构成球状石墨形核基质的主要物质，这些物质的晶体结构与石墨的晶体结构有一定的晶格匹配关系，碳原子沉积在上面，进一步生长形成石墨结晶核心。需要进一步研究心部的细小片状石墨石墨生长成为球状的直接关系。
　　为了探讨球状石墨的生长过程，也曾采用辐射图像自动分析仪和电子探针对萃取自球墨铸铁的球状石墨中各元素分布情况进行了探查和分析。其结果如下：
　　1、球状石墨的含铁量约为片状石墨的10倍。球状石墨的铁磁性远高于片状石墨。此外硅、锰、钛等元素也不同程度地存在于球状石墨中。
　　2、球化元素铈和镁富集在石墨晶格中。镁在球体断面上均匀分布。铈在球体中心的浓度显著提高，可能与铈的化合物存在有关。球体和金属界面附近没有发现球化元素浓度提高。由于球化元素在奥氏体中的溶解度很低，如果球化元素是由球体外部的金属中转移过来，必然导致这些元素在界面富集。因此，可以间接地判断，球状石墨是由液相中直接析出的。
　　3、硫、锑、镉、锡、碲等干扰元素的分布与球化元素类似，大部分集中在球状石墨当中。值得注意的是，在片状石墨中可以探查到这些元素部分以原子状态存在，而在球状石墨中则探查不到这种现象。