Grafitleşdirme işlemesi, adatça, 2300-den 3000℃-e çenli ýokary temperatura talap edýär, onuň esasy prinsipi ýokary temperaturaly ýylylyk işlemesi arkaly uglerod atomlarynyň tertipsiz düzülişden tertipli grafit kristal gurluşyna öwrülmegidir. Aşakda jikme-jik seljerme berilýär:
I. Adaty grafitleşdirme bejergisi üçin temperatura diapazony
A. Esasy temperatura talaplary
Adaty grafitleşdirme temperaturany 2300-3000℃ aralygynda ýokarlandyrmagy talap edýär, bu ýerde:
- 2500℃ möhüm öwrülişik nokadyny alamatlandyrýar, bu ýerde uglerod atomlarynyň gatlaklar arasyndaky aralyk ep-esli azalýar we grafitleşme derejesi çalt ýokarlanýar;
- 3000℃-den ýokary üýtgeşmeler has ýuwaş-ýuwaş bolýar we grafit kristaly kämillige golaýlaýar, emma temperaturanyň has ýokarlanmagy öndürijiligiň az-kem gowulanmagyny azaldýar.
B. Materiallaryň tapawudynyň temperatura täsiri
- Grafitleşdirilmegi aňsat bolan uglerodlar (meselem, nebit koksy): 1700℃-de grafitleşdirme tapgyryna giriň, 2500℃-de grafitleşdirme derejesi ep-esli ýokarlanýar;
- Grafitleşdirilmegi kyn bolan uglerodlar (meselem, antrasit): Meňzeş özgerişi gazanmak üçin has ýokary temperatura (3000℃ golaý) gerek.
II. Ýokary temperaturalaryň uglerod atomynyň tertibini höweslendirýän mehanizmi
A. 1-nji tapgyr (1000–1800℃): Uçujy emissiýa we iki ölçegli tertipleşdirme
- Alifatik zynjyrlar, CH3 we C=O baglanyşyklary dargaýar we monomerler ýa-da ýönekeý molekulalar (meselem, CH3₄, CO3₂) görnüşinde wodorod, kislorod, azot, kükürt we beýleki elementleri bölüp çykarýar;
- Uglerod atomynyň gatlaklary iki ölçegli tekizlikde giňelýär, mikrokristallik beýikligi 1 nm-den 10 nm-e çenli ýokarlanýar, gatlaklaryň arasyndaky üst-üste goýulma bolsa esasan üýtgewsiz galýar;
- Endotermik (himiki reaksiýalar) we ekzotermik (mikrokristallik serhediň ýitip gitmeginden serhet energiýasynyň bölünip çykmagy ýaly fiziki prosesler) prosesleriň ikisi hem bir wagtda bolup geçýär.
B. 2-nji tapgyr (1800–2400℃): Üç ölçegli tertipleşdirme we däne serhetleriniň abatlaýyşy
- Uglerod atomlarynyň termal titreme ýygylygynyň ýokarlanmagy, olary minimal erkin energiýa prinsipi bilen dolandyrylýan üç ölçegli tertiplere geçmäge iterýär;
- Kristal tekizliklerdäki dislokasiýalar we dänejik serhetler kem-kemden ýitip gidýär, bu bolsa rentgen difraksiýa spektrlerinde ýiti (hko) we (001) çyzyklaryň peýda bolmagy bilen subut edilýär, bu bolsa üç ölçegli tertipli tertipleriň emele gelmegini tassyklaýar;
- Käbir garyndylar karbidleri (meselem, kremniý karbidi) emele getirýär, olar ýokary temperaturada metal buglaryna we grafite parçalanýar.
C. 3-nji tapgyr (2400℃-den ýokary): Däneleriň ösüşi we gaýtadan kristallaşma
- Dänejikleriň ölçegleri a okunyň ugrunda ortaça 10–150 nm-e, c okunyň ugrunda bolsa takmynan 60 gatlaga (takmynan 20 nm) çenli artýar;
- Uglerod atomlary içki ýa-da molekulalarara migrasiýa arkaly toruň kämilleşdirilmegine sezewar bolýar, şol bir wagtyň özünde uglerod maddalarynyň bugarma tizligi temperatura bilen eksponensial artýar;
- Gaty we gaz fazalarynyň arasynda aktiw maddalaryň alyş-çalşygy bolup geçýär, netijede ýokary derejede tertipli grafit kristal gurluşy emele gelýär.
III. Ýörite prosesler arkaly temperatura optimizasiýasy
A. Katalitik grafitleşme
Demir ýa-da ferrosilikon ýaly katalizatorlaryň goşulmagy grafitleşme temperaturasyny 1500–2200℃ aralygynda ep-esli peseldip biler. Mysal üçin:
- Ferrosilikon katalizatory (25% kremniý mukdary) temperaturany 2500–3000℃-den 1500℃-e çenli peseldip bilýär;
- BN katalizatory uglerod süýümleriniň ugruny güýçlendirmek bilen birlikde temperaturany 2200℃-den aşak düşürip bilýär.
B. Ultra ýokary temperaturaly grafitleşdirme
Ýadro we howa-kosmos derejeli grafit ýaly ýokary arassalykly ulanylyşlar üçin ulanylýan bu prosesde önümlerde 3200℃-den ýokary ýüz temperaturasyna ýetmek üçin orta ýygylykly induksiýa gyzdyryşy ýa-da plazma ýaý gyzdyryşy ulanylýar (meselem, argon plazmasynyň özen temperaturasy 15,000℃-e ýetýär);
- Grafitleşme derejesi 0,99-dan geçýär, gaty pes garyndy mukdary bilen (kül mukdary < 0,01%).
IV. Grafitleşme täsirlerine temperaturanyň täsiri
A. Garşylyk we ýylylyk geçirijiligi
Grafitleşme derejesiniň her 0,1 ýokarlanmagy bilen garşylyk 30% azalýar, ýylylyk geçirijiligi bolsa 25% ýokarlanýar. Mysal üçin, 3000℃-de işlenilenden soň, grafidiň garşylygy başlangyç gymmatynyň 1/4–1/5 bölegine çenli düşüp biler.
B. Mehaniki häsiýetler
Ýokary temperatura grafidiň gatlaklar arasyndaky aralygy ideal derejä golaý peseldýär (0,3354 nm), termal şoklara garşy durnuklylygy we himiki durnuklylygy (çyzykly giňelme koeffisiýentiniň 50%–80% azalmagy bilen) ep-esli ýokarlandyrýar, şeýle hem ýaglama we aşynma garşylygyny berýär.
C. Arassalygy ýokarlandyrmak
3000℃-da tebigy birleşmeleriň 99.9% -indäki himiki baglanyşyklar dargaýar, bu bolsa hapaçylyklaryň gaz görnüşinde çykmagyna mümkinçilik berýär we netijede önümiň arassalygy 99.9% ýa-da ondan ýokary bolýar.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 11-nji sentýabry