ग्राफायटीकरण प्रक्रियेचे प्रमुख मापदंड कोणते आहेत?

ग्राफायटीकरण ही एक मुख्य प्रक्रिया आहे जी अस्फटिक, अव्यवस्थित कार्बनयुक्त पदार्थांना एका सुव्यवस्थित ग्राफायटिक स्फटिक संरचनेत रूपांतरित करते, आणि तिचे प्रमुख मापदंड ग्राफायटीकरणाची पातळी, पदार्थांचे गुणधर्म आणि उत्पादन कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करतात. ग्राफायटीकरणासाठीचे महत्त्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंड आणि तांत्रिक बाबी खालीलप्रमाणे आहेत:

I. गाभ्याच्या तापमानाचे मापदंड

लक्ष्यित तापमान श्रेणी
ग्राफायटीकरणासाठी पदार्थांना २३००–३०००℃ पर्यंत गरम करणे आवश्यक असते, जेथे:

• 2500℃ हा ग्रॅफाइटच्या आंतर-थर अंतरात लक्षणीय घट होण्याचा आणि सुव्यवस्थित रचना निर्मिती सुरू होण्याचा क्रांतिक बिंदू आहे;
• 3000℃ तापमानावर, ग्राफायटीकरण पूर्णत्वाच्या जवळ येते, ज्यामध्ये आंतर-थर अंतर 0.3354 nm (आदर्श ग्राफाइट मूल्य) वर स्थिर होते आणि ग्राफायटीकरणाची पातळी 90% पेक्षा जास्त होते.

उच्च-तापमान धारण वेळ

• भट्टीच्या तापमानाचे एकसमान वितरण सुनिश्चित करण्यासाठी, लक्ष्यित तापमान ६ ते ३० तास टिकवून ठेवा;
• रेझिस्टन्स रिबाउंड टाळण्यासाठी आणि तापमानातील चढउतारामुळे होणारे लॅटिस दोष टाळण्यासाठी, वीजपुरवठा चालू असताना अतिरिक्त ३-६ तास होल्डिंग करणे आवश्यक आहे.

II. उष्णता वक्र नियंत्रण

टप्प्याटप्प्याने गरम करण्याची रणनीती

• प्रारंभिक तापवण्याचा टप्पा (०-१०००℃): बाष्पशील पदार्थ (उदा., डांबर, वायू) हळूहळू बाहेर पडण्यास प्रोत्साहन देण्यासाठी आणि भट्टीचा स्फोट टाळण्यासाठी ५०℃/तास या दराने नियंत्रित केले जाते;
• तापवण्याचा टप्पा (१०००–२५००℃): विद्युत रोध कमी झाल्यामुळे १००℃/तास पर्यंत वाढवला जातो, आणि शक्ती कायम ठेवण्यासाठी विद्युत प्रवाह समायोजित केला जातो;
• उच्च-तापमान पुनर्संयोजन टप्पा (2500–3000℃): जालक दोष दुरुस्ती आणि सूक्ष्मस्फटिक पुनर्रचना पूर्ण करण्यासाठी 20–30 तास ठेवले जाते.

अस्थिर व्यवस्थापन

• स्थानिक सांद्रता टाळण्यासाठी कच्चा माल बाष्पशील घटकांच्या आधारावर मिसळला पाहिजे;
• बाष्पशील पदार्थ कार्यक्षमतेने बाहेर पडावेत यासाठी वरच्या इन्सुलेशनमध्ये वायुवीजन छिद्रे दिलेली आहेत;
• सर्वाधिक बाष्पशील उत्सर्जनाच्या वेळी (उदा., ८००–१२००℃) उष्णता वाढीचा वेग कमी केला जातो, जेणेकरून अपूर्ण ज्वलन आणि काळ्या धुराची निर्मिती टाळता येईल.

III. भट्टीतील भाराचे इष्टतमीकरण

एकसमान प्रतिकार सामग्री वितरण

• कणांच्या गुच्छीकरणामुळे निर्माण होणारे बायस प्रवाह टाळण्यासाठी, प्रतिरोधक सामग्री लाँग-लाइन लोडिंगद्वारे भट्टीच्या तोंडापासून टोकापर्यंत समान रीतीने वितरित केली पाहिजे;
• प्रतिरोधातील फरकांमुळे होणारे स्थानिक अतिउष्णता टाळण्यासाठी, नवीन आणि वापरलेल्या मुशी योग्य प्रकारे मिसळल्या पाहिजेत आणि त्या एकावर एक रचण्यास मनाई आहे.

सहायक सामग्रीची निवड आणि कणांच्या आकाराचे नियंत्रण

• प्रतिरोधातील असमानता कमी करण्यासाठी, सहायक सामग्रीमध्ये ≤१०% ०-१ मिमी सूक्ष्म कणांचा समावेश असावा;
• अशुद्धी शोषणाचा धोका कमी करण्यासाठी कमी राख (<1%) आणि कमी बाष्पशील (<5%) असलेल्या सहायक सामग्रीला प्राधान्य दिले जाते.

IV. शीतलीकरण आणि अनलोडिंग नियंत्रण

नैसर्गिक थंड होण्याची प्रक्रिया

• पाणी फवारून सक्तीचे थंडीकरण करण्यास मनाई आहे; त्याऐवजी, उष्णतेमुळे होणारे ताणतणाव तडे टाळण्यासाठी ग्रॅब किंवा सक्शन उपकरणांचा वापर करून साहित्य थरा-थराने काढले जाते;
• पदार्थामध्ये हळूहळू तापमानातील फरक निर्माण होण्यासाठी, थंड होण्याचा कालावधी ≥७ दिवस असणे आवश्यक आहे.

माल उतरवण्याचे तापमान आणि कवच हाताळणी

• जेव्हा मुशींचे तापमान सुमारे १५०℃ पर्यंत पोहोचते तेव्हा इष्टतम भारमुक्ती होते; वेळेपूर्वी काढल्यास पदार्थाचे ऑक्सिडीकरण (विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढणे) आणि मुशीचे नुकसान होते;
• माल उतरवताना मुशीच्या पृष्ठभागावर १-५ मिमी जाडीचा थर (ज्यात किरकोळ अशुद्धी असतात) तयार होतो आणि तो वेगळा साठवला पाहिजे, तसेच वाहतुकीसाठी पात्र साहित्य टन बॅगमध्ये पॅक केले पाहिजे.

५. ग्रॅफायटीकरण अंशाचे मापन आणि गुणधर्म सहसंबंध

मापन पद्धती

• एक्स-रे विवर्तन (XRD): (002) विवर्तन शिखर स्थितीद्वारे आंतर-थर अंतर d002 ची गणना करते, आणि फ्रँकलिनच्या सूत्राचा वापर करून ग्राफायटीकरण अंश g मिळवला जातो:

(येथे c0 हे मोजलेले आंतर-थर अंतर आहे; d002=0.3360nm असताना g=84.05%).

• रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी: डी-पीक आणि जी-पीक यांच्या तीव्रतेच्या गुणोत्तराद्वारे ग्राफायटीकरणाच्या प्रमाणाचा अंदाज लावते.

मालमत्तेवर परिणाम

• ग्राफायटीकरण अंशातील प्रत्येक ०.१ वाढीमुळे रोधकता ३०% ने कमी होते आणि औष्णिक वाहकता २५% ने वाढते;
• अत्यधिक ग्राफाइटयुक्त पदार्थ (>90%) 1.2×10⁵ S/m पर्यंत चालकता प्राप्त करतात, परंतु त्यांची आघात सहनशक्ती कमी होऊ शकते, त्यामुळे कार्यक्षमतेत संतुलन साधण्यासाठी संमिश्र पदार्थ तंत्रज्ञानाची आवश्यकता असते.

VI. प्रगत प्रक्रिया पॅरामीटर ऑप्टिमायझेशन

उत्प्रेरक ग्राफिटायझेशन

• लोह/निकेल उत्प्रेरक Fe₃C/Ni₃C मध्यवर्ती टप्पे तयार करतात, ज्यामुळे ग्राफायटीकरण तापमान 2200℃ पर्यंत कमी होते;
• बोरॉन उत्प्रेरक सुव्यवस्थेला चालना देण्यासाठी कार्बनच्या थरांमध्ये शिरतात, ज्यासाठी २३००℃ तापमानाची आवश्यकता असते.

अति-उच्च-तापमान ग्राफिटायझेशन

• प्लाझ्मा आर्क हीटिंग (आर्गॉन प्लाझ्मा कोअर तापमान: १५,०००℃) मुळे पृष्ठभागाचे तापमान ३२००℃ आणि ग्राफायटीकरणाची पातळी >९९% साध्य होते, जे आण्विक-दर्जाच्या आणि अंतराळ-दर्जाच्या ग्राफाइटसाठी योग्य आहे.

मायक्रोवेव्ह ग्राफिटायझेशन

• 2.45 GHz मायक्रोवेव्ह कार्बन अणूंच्या कंपनांना उत्तेजित करतात, ज्यामुळे कोणत्याही तापमान फरकाशिवाय 500℃/मिनिट दराने गरम करणे शक्य होते, तथापि ते पातळ-भिंतींच्या घटकांपुरते (<50 मिमी) मर्यादित आहे.