Графиттештирүү үчүн, адатта, 2300дөн 3000℃ге чейинки жогорку температура талап кылынат, анын негизги принциби - көмүртек атомдорун жогорку температурадагы жылуулук менен иштетүү аркылуу башаламан жайгашуудан иреттелген графит кристаллдык түзүлүшүнө айландыруу. Төмөндө деталдуу талдоо келтирилген:
I. Кадимки графиттештирүү менен иштетүүнүн температура диапазону
A. Температуранын негизги талаптары
Кадимки графиттештирүү температураны 2300дөн 3000°Cге чейин көтөрүүнү талап кылат, мында:
- 2500℃ бурулуш чекитин белгилейт, анда көмүртек атомдорунун катмар аралык аралыгы бир кыйла азаят жана графиттештирүү даражасы тездик менен жогорулайт;
- 3000℃ жогору болгондо, өзгөрүүлөр бара-бара күчөйт жана графит кристаллы кемчиликсиздикке жакындайт, бирок температуранын андан ары жогорулашы иштин бир аз жакшырышын азайтат.
B. Материалдык айырмачылыктардын температурага тийгизген таасири
- Графиттештирүүгө оңой болгон көмүртектер (мисалы, мунай коксу): 1700℃ температурада графиттештирүү этабына кирет, 2500℃ температурада графиттештирүү даражасы бир кыйла жогорулайт;
- Графиттештирүү кыйын болгон көмүртектер (мисалы, антрацит): окшош трансформацияга жетүү үчүн жогорку температура (3000℃ жакын) талап кылынат.
II. Жогорку температуралардын көмүртек атомунун иреттүүлүгүн жогорулатуучу механизми
A. 1-фаза (1000–1800℃): Учуучу эмиссия жана эки өлчөмдүү тартиптөө
- Алифаттык чынжырлар, CH3 жана C=O байланыштары бузулуп, суутек, кычкылтек, азот, күкүрт жана башка элементтер мономерлер же жөнөкөй молекулалар түрүндө (мисалы, CH3₄, CO3₂) бөлүнүп чыгат;
- Көмүртек атомунун катмарлары эки өлчөмдүү тегиздикте кеңейет, микрокристаллдык бийиктиги 1 нмден 10 нмге чейин жогорулайт, ал эми катмар аралык катмарлар негизинен өзгөрүүсүз калат;
- Эндотермикалык (химиялык реакциялар) жана экзотермикалык (микрокристаллдык чек аранын жоголушунан беттик энергиянын бөлүнүп чыгышы сыяктуу физикалык процесстер) процесстер бир убакта жүрөт.
B. 2-фаза (1800–2400℃): Үч өлчөмдүү тартиптөө жана дан чек араларын оңдоо
- Көмүртек атомдорунун жылуулук термелүү жыштыгынын жогорулашы аларды минималдуу эркин энергия принциби менен башкарылуучу үч өлчөмдүү тартипке өтүүгө түртөт;
- Кристалл тегиздиктериндеги дислокациялар жана бүртүкчөлөрдүн чек аралары акырындык менен жоголот, муну рентген дифракциясынын спектрлеринде үч өлчөмдүү иреттелген жайгашуулардын пайда болушун тастыктаган курч (hko) жана (001) сызыктардын пайда болушу далилдейт;
- Айрым кошулмалар карбиддерди (мисалы, кремний карбидин) пайда кылат, алар жогорку температурада металл бууларына жана графитке ажырайт.
C. 3-фаза (2400℃ жогору): Дандын өсүшү жана кайра кристаллдашуу
- Бүртүкчөлөрдүн өлчөмдөрү а огу боюнча орточо эсеп менен 10–150 нмге чейин жана с огу боюнча болжол менен 60 катмарга чейин (болжол менен 20 нм) көбөйөт;
- Көмүртек атомдору ички же молекулалар аралык миграция аркылуу торчолорду тактоодон өтөт, ал эми көмүртек заттардын буулануу ылдамдыгы температура менен экспоненциалдуу түрдө жогорулайт;
- Катуу жана газ фазаларынын ортосунда активдүү зат алмашуу жүрөт, натыйжада жогорку тартиптүү графит кристаллдык түзүлүшү пайда болот.
III. Атайын процесстер аркылуу температураны оптималдаштыруу
A. Каталитикалык графиттештирүү
Темир же ферросилиций сыяктуу катализаторлорду кошуу графиттештирүү температурасын 1500–2200°C чейин бир кыйла төмөндөтө алат. Мисалы:
- Ферросилиций катализатору (25% кремнийдин курамы) температураны 2500–3000℃дан 1500℃га чейин төмөндөтө алат;
- BN катализатору көмүртек булаларынын багытын жакшыртып, температураны 2200℃дан төмөн түшүрө алат.
B. Өтө жогорку температурадагы графиттештирүү
Ядролук жана аэрокосмостук класстагы графит сыяктуу жогорку тазалыктагы колдонмолордо колдонулган бул процессте продукциянын бетинин температурасы 3200℃ ашышы үчүн орто жыштыктагы индукциялык ысытуу же плазмалык жаа ысытуу (мисалы, аргон плазмасынын өзөк температурасы 15000℃ чейин) колдонулат;
- Графиттештирүү даражасы 0,99дан ашат, аралашманын курамы өтө төмөн (күлдүн курамы < 0,01%).
IV. Графиттештирүү эффекттерине температуранын таасири
A. Каршылык жана жылуулук өткөрүмдүүлүгү
Графиттештирүү даражасынын ар бир 0,1 жогорулашы менен каршылыгы 30% га төмөндөйт, ал эми жылуулук өткөрүмдүүлүгү 25% га жогорулайт. Мисалы, 3000°C температурада иштетилгенден кийин, графиттин каршылыгы баштапкы маанисинин 1/4–1/5 бөлүгүнө чейин төмөндөшү мүмкүн.
B. Механикалык касиеттер
Жогорку температуралар графиттин катмар аралык аралыгын идеалдуу маанилерге чейин (0,3354 нм) азайтып, жылуулук соккуларына туруктуулукту жана химиялык туруктуулукту (сызыктуу кеңейүү коэффициентинин төмөндөшү 50%–80% менен) бир кыйла жогорулатат, ошол эле учурда майлоочу жана эскирүүгө туруктуулукту берет.
C. Тазалыкты жогорулатуу
3000°C температурада табигый кошулмалардын 99,9%ындагы химиялык байланыштар бузулуп, кошулмалардын газ түрүндө бөлүнүп чыгышына шарт түзөт жана натыйжада продуктунун тазалыгы 99,9% же андан жогору болот.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 11-сентябры