Микроструктура, упругие и неупругие свойства биоморфных углеродов, карбонизированных с использованием Fe-содержащего катализатора

Исследованы микроструктура и амплитудные зависимости модуля Юнга $E$ и внутреннего трения (логарифмического декремента $\delta$), а также микропластические свойства у биоуглеродных матриц BE-C(Fe), полученных карбонизацией дерева бука при температурах $T_{\operatorname{carb}}$ = 850–1600$^\circ$С в присутствии железосодержащего катализатора. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что использование Fe-катализатора при карбонизации с $T_{\operatorname{carb}}\ge$ 1000$^\circ$С приводит к появлению объемной графитовой фазы в виде наноразмерных объемных графитовых включений в квазиаморфной матрице, объемная доля и размер которых увеличиваются с повышением $T_{\operatorname{carb}}$. Выявлена корреляция полученных зависимостей $E(T_{\operatorname{carb}})$ и $\delta(T_{\operatorname{carb}})$ с эволюцией микроструктуры при увеличении $T_{\operatorname{carb}}$. Обнаружено, что величина $E$ определяется главным образом долей кристаллической фазы в аморфной матрице: нанокристалличеcкой фазы при $T_{\operatorname{carb}}<$ 1150$^\circ$С и объемной графитовой фазы при $T_{\operatorname{carb}}>$ 1300$^\circ$С. Максимальные значения $E$ = 10–12 GPa достигнуты для образцов с $T_{\operatorname{carb}}\approx$ 1150 и 1600$^\circ$С. Показано, что микропластичность проявляется лишь у биоуглеродов с $T_{\operatorname{carb}}\ge$ 1300$^\circ$С (при достижении значительного объема графитовой фазы), при этом условный предел микротекучести понижается с увеличением суммарного объема введенной мезопористости (площади свободной поверхности).