Qrafitləşmə emalı adətən 2300 ilə 3000℃ arasında dəyişən yüksək temperatur tələb edir və onun əsas prinsipi yüksək temperaturlu istilik emalı yolu ilə karbon atomlarının nizamsız düzülüşdən nizamlı qrafit kristal quruluşuna çevrilməsidir. Aşağıda ətraflı təhlil verilmişdir:
I. Ənənəvi Qrafitləşmə Müalicəsi üçün Temperatur Aralığı
A. Əsas temperatur tələbləri
Ənənəvi qrafitləşmə temperaturun 2300 ilə 3000℃ aralığına qədər qaldırılmasını tələb edir, burada:
- 2500℃, karbon atomlarının təbəqələrarası məsafəsinin əhəmiyyətli dərəcədə azaldığı və qrafitləşmə dərəcəsinin sürətlə artdığı mühüm bir dönüş nöqtəsidir;
- 3000℃-dən yuxarı temperaturda dəyişikliklər daha tədricən baş verir və qrafit kristalı mükəmməlliyə yaxınlaşır, baxmayaraq ki, temperaturun daha da artması performansda cüzi irəliləyişləri azaldır.
B. Material Fərqlərinin Temperatur üzərində Təsiri
- Asanlıqla qrafitləşdirilə bilən karbonlar (məsələn, neft koksu): 1700℃-də qrafitləşmə mərhələsinə daxil olun, 2500℃-də qrafitləşmə dərəcəsi nəzərəçarpacaq dərəcədə artır;
- Qrafitləşməsi çətin olan karbonlar (məsələn, antrasit): Oxşar transformasiyaya nail olmaq üçün daha yüksək temperatur (3000℃-ə yaxınlaşmaq) tələb olunur.
II. Yüksək Temperaturların Karbon Atomunun Nizamlanmasını Təşviq Etmə Mexanizmi
A. Faza 1 (1000–1800℃): Uçucu Emissiya və İki Ölçülü Sıralama
- Alifatik zəncirlər, CH3 və C=O rabitələri parçalanaraq hidrogen, oksigen, azot, kükürd və digər elementləri monomerlər və ya sadə molekullar (məsələn, CH3₄, CO3₂) şəklində buraxır;
- Karbon atomu təbəqələri ikiölçülü müstəvi daxilində genişlənir, mikrokristal hündürlüyü 1 nm-dən 10 nm-ə qədər artır, təbəqələrarası yığılma isə əsasən dəyişməz qalır;
- Həm endotermik (kimyəvi reaksiyalar), həm də ekzotermik (mikrokristal sərhədinin yoxa çıxmasından səth enerjisinin sərbəst buraxılması kimi fiziki proseslər) prosesləri eyni vaxtda baş verir.
B. Mərhələ 2 (1800–2400℃): Üçölçülü Sıralama və Taxıl Sərhədlərinin Təmiri
- Karbon atomlarının artan istilik vibrasiya tezlikləri onları minimum sərbəst enerji prinsipi ilə idarə olunan üçölçülü tənzimləmələrə keçməyə vadar edir;
- Kristal müstəvilərindəki dislokasiyalar və dənəcik sərhədləri tədricən yox olur, bu da rentgen difraksiya spektrlərində kəskin (hko) və (001) xətlərin meydana gəlməsi ilə sübut olunur ki, bu da üçölçülü nizamlı düzülüşlərin əmələ gəlməsini təsdiqləyir;
- Bəzi çirklər karbidlər (məsələn, silikon karbid) əmələ gətirir və onlar daha yüksək temperaturda metal buxarlarına və qrafitə parçalanır.
C. Faza 3 (2400℃-dən yuxarı): Taxılların böyüməsi və yenidən kristallaşma
- Dənəcik ölçüləri a oxu boyunca orta hesabla 10-150 nm-ə, c oxu boyunca isə təxminən 60 təbəqəyə (təxminən 20 nm) qədər artır;
- Karbon atomları daxili və ya molekullararası miqrasiya yolu ilə qəfəs təkmilləşdirilməsinə məruz qalır, karbon maddələrinin buxarlanma sürəti isə temperaturla eksponensial olaraq artır;
- Aktiv maddə mübadiləsi bərk və qaz fazaları arasında baş verir və nəticədə yüksək nizamlı qrafit kristal quruluşu əmələ gəlir.
III. Xüsusi Proseslər Vasitəsilə Temperatur Optimallaşdırılması
A. Katalitik Qrafitləşmə
Dəmir və ya ferrosilikon kimi katalizatorların əlavə edilməsi qrafitləşmə temperaturunu 1500–2200℃ aralığına qədər əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. Məsələn:
- Ferrosilikon katalizatoru (25% silikon tərkibli) temperaturu 2500–3000℃-dən 1500℃-ə endirə bilər;
- BN katalizatoru karbon liflərinin istiqamətini artırarkən temperaturu 2200℃-dən aşağı sala bilər.
B. Ultra Yüksək Temperaturlu Qrafitləşmə
Nüvə dərəcəli və aerokosmik dərəcəli qrafit kimi yüksək təmizlikli tətbiqlərdə istifadə edilən bu proses, məhsullarda 3200℃-dən yuxarı səth temperaturlarına nail olmaq üçün orta tezlikli induksiyalı qızdırma və ya plazma qövslü qızdırmadan (məsələn, argon plazma nüvəsinin temperaturu 15000℃-ə çatır) istifadə edir;
- Qrafitləşmə dərəcəsi 0,99-dan çoxdur və aşqar tərkibi olduqca aşağıdır (kül tərkibi < 0,01%).
IV. Temperaturun Qrafitləşmə Təsirlərinə Təsiri
A. Müqavimət və İstilik Keçiriciliyi
Qrafitləşmə dərəcəsinin hər 0,1 artması ilə müqavimət 30%, istilik keçiriciliyi isə 25% azalır. Məsələn, 3000℃-də işləndikdən sonra qrafitin müqaviməti ilkin dəyərinin 1/4–1/5 hissəsinə düşə bilər.
B. Mexaniki Xüsusiyyətlər
Yüksək temperatur qrafitin təbəqələrarası məsafəsini ideal dəyərlərə (0.3354 nm) qədər azaldır, istilik zərbəsinə davamlılığı və kimyəvi stabilliyi (xətti genişlənmə əmsalının 50%-80% azalması ilə) əhəmiyyətli dərəcədə artırır, eyni zamanda yağlama və aşınma müqaviməti verir.
C. Saflığın Artırılması
3000℃-də təbii birləşmələrin 99,9%-də kimyəvi rabitələr parçalanır və bu da çirklərin qaz şəklində sərbəst buraxılmasına və nəticədə məhsulun 99,9% və ya daha yüksək saflığına səbəb olur.
Yazı vaxtı: 11 sentyabr 2025