Графитлаштыру эшкәртү гадәттә 2300 дән 3000℃ га кадәр югары температураларны таләп итә, аның төп принцибы - югары температуралы җылылык эшкәртү аша углерод атомнарын тәртипсез урнашудан тәртипле графит кристалл структурасына үзгәртү. Түбәндә җентекле анализ бирелә:
I. Гадәти графитлаштыру эшкәртү өчен температура диапазоны
A. Температурага төп таләпләр
Гадәти графитизация температураны 2300 - 3000°C диапазонына кадәр күтәрүне таләп итә, монда:
- 2500℃ борылыш ноктасын билгели, бу вакытта углерод атомнарының катламнар арасындагы ара сизелерлек кими, ә графитлашу дәрәҗәсе тиз арта;
- 3000°C тан соң үзгәрешләр акрынрак була, һәм графит кристалы камиллеккә якынлаша, гәрчә температура тагын да арткан саен эшчәнлекнең аз гына яхшыруы кими.
B. Материал аермаларының температурага йогынтысы
- Графитлаштыру җиңел булган углеродлар (мәсәлән, нефть коксы): 1700℃ температурада графитлаштыру этабына керегез, 2500℃ температурада графитлаштыру дәрәҗәсе сизелерлек арта;
- Графитлаштыруы авыр булган углеродлар (мәсәлән, антрацит): охшаш трансформациягә ирешү өчен югарырак температура (3000℃ га якын) кирәк.
II. Югары температураларның углерод атомы тәртибен арттыру механизмы
A. 1 нче фаза (1000–1800℃): Очучан эмиссия һәм ике үлчәмле тәртипкә китерү
- Алифатик чылбырлар, CH3 һәм C=O бәйләнешләре таркала, водород, кислород, азот, күкерт һәм башка элементлар мономерлар яки гади молекулалар рәвешендә бүленеп чыга (мәсәлән, CH3₄, CO3₂);
- Углерод атомы катламнары ике үлчәмле яссылыкта киңәя, микрокристалл биеклеге 1 нм дан 10 нм га кадәр арта, ә катламнар арасындагы катламнар күбесенчә үзгәрешсез кала;
- Эндотермик (химик реакцияләр) һәм экзотермик (физик процесслар, мәсәлән, микрокристаллик чик югалудан фазаара энергиянең бүленеп чыгуы) процесслар бер үк вакытта бара.
B. 2 нче фаза (1800–2400℃): Өч үлчәмле тәртипкә китерү һәм бөртек чикләрен ремонтлау
- Углерод атомнарының җылылык тибрәнү ешлыгы арту аларны минималь ирекле энергия принцибы белән идарә ителә торган өч үлчәмле тәртипкә күчүгә этәрә;
- Кристалл яссылыкларындагы дислокацияләр һәм бөртек чикләре әкренләп юкка чыга, моны рентген дифракция спектрларында үткен (hko) һәм (001) сызыклар барлыкка килүе күрсәтә, бу өч үлчәмле тәртипләнгән тәртипләрнең барлыкка килүен раслый;
- Кайбер катнашмалар карбидлар (мәсәлән, кремний карбиды) барлыкка китерә, алар югарырак температурада металл парларына һәм графитка таркала.
C. 3 нче фаза (2400℃ тан югарырак): Бөртекләрнең үсеше һәм яңадан кристаллашуы
- Бөртекләрнең үлчәмнәре а күчәре буенча уртача 10–150 нм га кадәр, ә с күчәре буенча якынча 60 катламга кадәр (якынча 20 нм) арта;
- Углерод атомнары эчке яки молекулаара миграция аша челтәрне камилләштерә, ә углерод матдәләренең парга әйләнү тизлеге температура белән экспоненциаль рәвештә арта;
- Актив матдәләр алмашуы каты һәм газ фазалары арасында бара, нәтиҗәдә югары дәрәҗәдә тәртипләнгән графит кристалл структурасы барлыкка килә.
III. Махсус процесслар аша температураны оптимальләштерү
A. Каталитик графитизация
Тимер яки ферросилиций кебек катализаторлар өстәү графитизация температурасын 1500–2200°C диапазонына кадәр сизелерлек киметә ала. Мәсәлән:
- Ферросилиций катализаторы (25% кремний эчтәлеге) температураны 2500–3000℃ тан 1500℃ ка кадәр төшерә ала;
- BN катализаторы углерод җепселләренең юнәлешен яхшыртып, температураны 2200℃ тан түбәнрәк төшерә ала.
B. Аеруча югары температуралы графитизация
Атом һәм аэрокосмик графит кебек югары чисталык кушымталары өчен кулланыла торган бу процесс урта ешлыклы индукцион җылыту яки плазма дугасы җылытуны куллана (мәсәлән, аргон плазмасының үзәк температурасы 15,000℃ га җитә), продуктларда өслек температурасы 3200℃ дан артып китә;
- Графитлашу дәрәҗәсе 0,99 дан артып китә, катнашма күләме бик түбән (көл күләме < 0,01%).
IV. Графитлашу эффектларына температураның йогынтысы
A. Каршылык һәм җылылык үткәрүчәнлеге
Графитлашу дәрәҗәсе һәр 0,1 артканда, каршылык 30% ка кими, ә җылылык үткәрүчәнлеге 25% ка арта. Мәсәлән, 3000°C температурада эшкәрткәннән соң, графитның каршылыклылыгы башлангыч кыйммәтенең 1/4–1/5 өлешенә кадәр төшәргә мөмкин.
B. Механик үзлекләр
Югары температуралар графитның катламнар арасындагы араны идеаль дәрәҗәләргә кадәр киметә (0,3354 нм), термик бәрелүгә чыдамлыкны һәм химик тотрыклылыкны сизелерлек арттыра (сызыкча киңәю коэффициенты 50%–80% ка кимү белән), шул ук вакытта майлаучанлык һәм тузуга чыдамлык бирә.
C. Сафлыкны арттыру
3000℃ температурада табигый кушылмаларның 99,9% ындагы химик бәйләнешләр таркала, шуның белән пычраклар газ формасында аерылып чыга һәм нәтиҗәдә продуктның сафлыгы 99,9% яки аннан да югарырак була.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 11 сентябре