Графитжуулалтын боловсруулалт нь ихэвчлэн 2300-3000℃ хүртэлх өндөр температурыг шаарддаг бөгөөд гол зарчим нь өндөр температурын дулааны боловсруулалтаар нүүрстөрөгчийн атомуудыг эмх замбараагүй зохион байгуулалтаас эмх цэгцтэй графит талст бүтэц болгон хувиргах явдал юм. Доор дэлгэрэнгүй шинжилгээг үзүүлэв:
I. Уламжлалт графитжуулалтын боловсруулалтын температурын хүрээ
А. Үндсэн температурын шаардлага
Уламжлалт графитжуулалт нь температурыг 2300-3000°C хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд үүнд:
- 2500°C нь нүүрстөрөгчийн атомуудын давхаргын хоорондох зай мэдэгдэхүйц буурч, графитжилтын түвшин огцом нэмэгдэх гол эргэлтийн цэгийг тэмдэглэдэг;
- 3000°C-аас дээш температурт өөрчлөлтүүд илүү аажмаар явагдаж, бал чулуун талстууд төгс төгөлдөр болоход ойртож байгаа ч температур цаашид нэмэгдэх тусам гүйцэтгэлийн бага зэргийн сайжруулалт буурдаг.
B. Материалын ялгаа нь температурт үзүүлэх нөлөө
- Графитжихэд хялбар нүүрстөрөгч (жишээлбэл, газрын тосны кокс): 1700℃-д графитжих үе шатанд ордог бөгөөд 2500℃-д графитжих түвшин мэдэгдэхүйц нэмэгддэг;
- Бал чулуужуулахад хэцүү нүүрстөрөгч (жишээ нь, антрацит): Үүнтэй төстэй хувиргалтыг хийхийн тулд илүү өндөр температур (3000℃ орчим) шаардлагатай.
II. Өндөр температур нь нүүрстөрөгчийн атомын дарааллыг дэмждэг механизм
А. 1-р үе шат (1000–1800℃): Дэгдэмхий ялгаруулалт ба хоёр хэмжээст дараалал
- Алифатик гинж, CH3, C=O холбоо задарч, устөрөгч, хүчилтөрөгч, азот, хүхэр болон бусад элементүүдийг мономер эсвэл энгийн молекул хэлбэрээр (жишээ нь, CH4, CO4) ялгаруулдаг;
- Нүүрстөрөгчийн атомын давхаргууд хоёр хэмжээст хавтгайд тэлж, бичил талст өндөр нь 1 нм-ээс 10 нм хүртэл нэмэгддэг бол давхаргын хоорондын давхарга бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна;
- Эндотермик (химийн урвал) болон экзотермик (бичил талст хил хязгаар алга болохоос гадаргуугийн энерги ялгарах гэх мэт физик процессууд) хоёулаа нэгэн зэрэг явагддаг.
B. 2-р үе шат (1800–2400℃): Гурван хэмжээст дараалал ба үр тарианы хил хязгаарыг засах
- Нүүрстөрөгчийн атомуудын дулааны чичиргээний давтамж нэмэгдэх нь тэднийг хамгийн бага чөлөөт энергийн зарчмаар зохицуулагддаг гурван хэмжээст зохицуулалт руу шилжихэд хүргэдэг;
- Кристал хавтгай дээрх дислокаци ба мөхлөгийн хил хязгаар аажмаар алга болж байгаа нь рентген дифракцийн спектрүүдэд хурц (hko) ба (001) шугамууд гарч ирснээр нотлогдож, гурван хэмжээст дараалсан зохицуулалт үүссэнийг баталгаажуулдаг;
- Зарим хольц нь карбид (жишээлбэл, цахиурын карбид) үүсгэдэг бөгөөд энэ нь өндөр температурт металлын уур болон бал чулуу болж задардаг.
C. 3-р үе шат (2400℃-ээс дээш): Үр тарианы өсөлт ба дахин талсжих
- Үр тарианы хэмжээ нь а тэнхлэгийн дагуу дунджаар 10–150 нм, с тэнхлэгийн дагуу ойролцоогоор 60 давхарга (ойролцоогоор 20 нм) хүртэл нэмэгддэг;
- Нүүрстөрөгчийн атомууд нь дотоод эсвэл молекул хоорондын шилжилт хөдөлгөөнөөр торны сайжруулалтад ордог бол нүүрстөрөгчийн бодисын ууршилтын хурд нь температуртай хамт экспоненциал байдлаар нэмэгддэг;
- Идэвхтэй материалын солилцоо нь хатуу ба хийн фазуудын хооронд явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд өндөр дараалсан графитын талст бүтэц үүсдэг.
III. Тусгай процессоор дамжуулан температурыг оновчтой болгох
A. Каталитик балжилт
Төмөр эсвэл ферросиликон зэрэг катализатор нэмэх нь графитжих температурыг 1500–2200°C хүртэл мэдэгдэхүйц бууруулж чадна. Жишээлбэл:
- Ферросиликон катализатор (25% цахиурын агууламжтай) нь температурыг 2500–3000℃-аас 1500℃ хүртэл бууруулж чаддаг;
- BN катализатор нь нүүрстөрөгчийн ширхэгийн чиглэлийг сайжруулахын зэрэгцээ температурыг 2200°C-аас доош бууруулж чаддаг.
B. Хэт өндөр температурт бал чулуужуулалт
Цөмийн зэрэглэлийн болон сансрын зэрэглэлийн бал чулуу зэрэг өндөр цэвэршилттэй хэрэглээнд ашигладаг энэхүү процесс нь дунд давтамжийн индукцийн халаалт эсвэл плазмын нуман халаалтыг (жишээлбэл, аргоны плазмын цөмийн температур 15,000℃ хүртэл) ашиглан бүтээгдэхүүн дээр 3200℃-ээс дээш гадаргуугийн температурт хүргэдэг;
- Графитжилтын зэрэг нь 0.99-өөс дээш, хольцын агууламж маш бага (үнсний агууламж < 0.01%).
IV. Графитжилтын нөлөөнд температурын нөлөө
А. Эсэргүүцэл ба дулаан дамжуулалт
Графитжилтын зэрэг 0.1 нэмэгдэх тутамд эсэргүүцэл 30%-иар буурч, дулаан дамжуулалт 25%-иар нэмэгддэг. Жишээлбэл, 3000°C-д боловсруулсны дараа бал чулууны эсэргүүцэл анхны утгын 1/4–1/5 хүртэл буурч болно.
B. Механик шинж чанарууд
Өндөр температур нь бал чулууны давхаргын хоорондох зайг бараг хамгийн тохиромжтой утга (0.3354 нм) хүртэл бууруулж, дулааны цочролд тэсвэртэй байдал болон химийн тогтвортой байдлыг (шугаман тэлэлтийн коэффициент 50%-80% буурсан) мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ тослох чадвар болон элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.
C. Цэвэр ариун байдлыг сайжруулах
3000°C-д байгалийн нэгдлүүдийн 99.9%-д агуулагдах химийн холбоо задарч, хольцууд хийн хэлбэрээр ялгарч, бүтээгдэхүүний цэвэршилт 99.9% ба түүнээс дээш байдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 9-р сарын 11