Графитлаштыру процессының төп процесс параметрлары нинди?

Графитлаштыру - аморф, тәртипсез углеродлы материалларны тәртипле графит кристалл структурасына әйләндерә торган төп процесс, аның төп параметрлары графитлаштыру дәрәҗәсенә, материал үзлекләренә һәм җитештерү нәтиҗәлелегенә турыдан-туры йогынты ясый. Түбәндә графитлаштыру өчен мөһим процесс параметрлары һәм техник карашлар китерелгән:

I. Үзәк температурасы параметрлары

Максатчан температура диапазоны
Графитлаштыру өчен материалларны 2300–3000°C кадәр җылыту кирәк, монда:

• 2500℃ графит катламнары арасындагы араны сизелерлек киметү өчен критик ноктаны билгели, тәртипле структура формалашуын башлый;
• 3000°C температурада графитизация тәмамлануга якынлаша, катламнар арасындагы ара 0,3354 нм да тотрыклана (идеаль графит кыйммәте) һәм графитизация дәрәҗәсе 90% тан артып китә.

Югары температурада тоту вакыты

• Мич температурасының тигез бүленешен тәэмин итү өчен максатчан температураны 6–30 сәгать дәвамында тотыгыз;
• Каршылыкның кире кайтуын булдырмас өчен һәм температура тирбәнешләре аркасында килеп чыккан рәшәткә дефектларын булдырмас өчен, электр белән тәэмин итү вакытында өстәмә 3–6 сәгать тоту кирәк.

II. Җылыту кәкресен контрольдә тоту

Этаплы җылыту стратегиясе

• Башлангыч җылыту фазасы (0–1000℃): Очучан матдәләрнең (мәсәлән, кара май, газлар) әкренләп чыгарылуын стимуллаштыру һәм мич шартлавын булдырмау өчен 50℃/сәг температурада контрольдә тотыла;
• Җылыту фазасы (1000–2500℃): Электр каршылыгы кимегән саен, 100℃/сәг кадәр арта, электр энергиясен саклап калу өчен ток көйләнә;
• Югары температуралы рекомбинация фазасы (2500–3000℃): Решетка дефектларын төзәтү һәм микрокристаллик яңадан урнаштыруны тәмамлау өчен 20–30 сәгать тотыла.

Уңайсызлык белән идарә итү

• Чималның очучан эчтәлеге локаль концентрациядән саклану өчен кушылырга тиеш;
• Очкыч матдәләрнең нәтиҗәле чыгуын тәэмин итү өчен өске изоляциядә вентиляция тишекләре каралган;
• Тулы булмаган яну һәм кара төтен барлыкка килүне булдырмас өчен, очучан чыгаруның иң югары температурасында (мәсәлән, 800–1200℃) җылыту сызыгы әкренәйтелә.

III. Мич йөкләнешен оптимальләштерү

Бердәй каршылык материалы бүленеше

• Каршылык материаллары, кисәкчәләр туплануыннан килеп чыккан тайпылыш токларын булдырмас өчен, озын сызыклы йөкләү аша мич башыннан койрыгына кадәр тигез таратылырга тиеш;
• Яңа һәм кулланылган тигельләрне тиешенчә кушарга һәм каршылык үзгәрешләре аркасында локаль рәвештә артык кызынудан саклану өчен катлам-катлам өеп куярга ярамый.

Ярдәмче материал сайлау һәм кисәкчәләрнең зурлыгын контрольдә тоту

• Каршылыкның бертөрле булмавын минимальләштерү өчен ярдәмче материалларның ≤10% ы 0–1 мм вак кисәкләрдән торырга тиеш;
• Пычраклыкның адсорбция куркынычын киметү өчен аз көлле (<1%) һәм аз очучан (<5%) ярдәмче материалларга өстенлек бирелә.

IV. Суыту һәм бушатуны контрольдә тоту

Табигый суыту процессы

• Су сиптерү белән мәҗбүри суыту тыела; киресенчә, материаллар термик стресс ярылуны булдырмас өчен тоткалар яки суырту җайланмалары ярдәмендә катлам-катлам алына;
• Материал эчендә температураның әкренләп үзгәрүен тәэмин итү өчен суыту вакыты ≥7 көн булырга тиеш.

Бушату температурасы һәм кабык белән эш итү

• Оптималь бушату тигельләр ~150℃ га җиткәч була; вакытыннан алда алып ташлау материалның оксидлашуына (нисбәт өслек мәйданы артуга) һәм тигельнең зарарлануына китерә;
• Бушату вакытында тигель өслекләрендә 1–5 мм калынлыктагы кабык (аз гына катнашмалар бар) барлыкка килә һәм аерым сакланырга тиеш, квалификацияле материаллар җибәрү өчен тонналы капчыкларга төрелгән килеш сакланырга тиеш.

V. Графитлашу дәрәҗәсен үлчәү һәм үзлек корреляциясе

Үлчәү ысуллары

• Рентген дифракциясе (XRD): (002) дифракция пигы позициясе аша d002 катлам аралыгын исәпли, графитизация дәрәҗәсе g Франклин формуласы ярдәмендә алына:

(монда c0 - үлчәнгән катлам аралыгы; d002 = 0.3360 нм булганда g = 84.05%).

• Раман спектроскопиясе: Графитлашу дәрәҗәсен D-пигының G-пигына интенсивлык нисбәте аша бәяли.

Милеккә йогынты

• Графитлаштыру дәрәҗәсенең һәр 0,1 артуы каршылыкны 30% ка киметә һәм җылылык үткәрүчәнлеген 25% ка арттыра;
• Югары дәрәҗәдә графитлаштырылган материаллар (>90%) 1,2 × 10⁵ S/m кадәр үткәрүчәнлеккә ия, ләкин бәрелү чыдамлыгы кимергә мөмкин, бу исә эшчәнлекне тигезләү өчен композит материаллар ысулларын куллануны таләп итә.

VI. Алга киткән процесс параметрларын оптимальләштерү

Каталитик графитизация

• Тимер/никель катализаторлары Fe₃C/Ni₃C арадаш фазаларын барлыкка китерә, графитлашу температурасын 2200℃ кадәр төшерә;
• Бор катализаторлары тәртипкә китерү өчен углерод катламнарына кушыла, бу 2300°C таләп итә.

Аеруча югары температуралы графитизация

• Плазма дугасы белән җылыту (аргон плазмасының үзәк температурасы: 15,000℃) өслек температурасын 3200℃ ка кадәр җиткерә һәм графитизация дәрәҗәсе >99% тәшкил итә, бу атом һәм аэрокосмик графит өчен яраклы.

Микродулкынлы графитизация

• 2,45 ГГц ешлыклы микродулкынлы мичләр углерод атомы тибрәнүләрен кузгата, температура градиентлары булмаганда 500°C/мин җылыту тизлеген тәэмин итә, гәрчә юка стеналы компонентлар белән генә чикләнгән булса да (<50 мм).