ഉത്പാദന പ്രക്രിയയിലെ ഒരു പ്രധാന കണ്ണിയാണ് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ. അതിന്റെ തത്വം എന്താണ്?

ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ തത്വത്തിൽ ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള താപ ചികിത്സ (2300–3000°C) ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് രൂപരഹിതവും ക്രമരഹിതവുമായ കാർബൺ ആറ്റങ്ങളെ താപവൈദ്യപരമായി സ്ഥിരതയുള്ള ത്രിമാന ക്രമീകരിച്ച ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിലേക്ക് പുനഃക്രമീകരിക്കാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു. കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ SP² ഹൈബ്രിഡൈസേഷൻ വഴി ഒരു ഷഡ്ഭുജ ലാറ്റിസിന്റെ പുനർനിർമ്മാണത്തിലാണ് ഈ പ്രക്രിയയുടെ കാതൽ, ഇതിനെ മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങളായി തിരിക്കാം:

സൂക്ഷ്മക്രിസ്റ്റലിൻ വളർച്ചാ ഘട്ടം (1000–1800°C):
ഈ താപനില പരിധിക്കുള്ളിൽ, കാർബൺ വസ്തുക്കളിലെ മാലിന്യങ്ങൾ (കുറഞ്ഞ ദ്രവണാങ്ക ലോഹങ്ങൾ, സൾഫർ, ഫോസ്ഫറസ് പോലുള്ളവ) ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം കാർബൺ പാളികളുടെ പ്ലാനർ ഘടന ക്രമേണ വികസിക്കുന്നു. മൈക്രോക്രിസ്റ്റലുകളുടെ ഉയരം പ്രാരംഭ ~1 നാനോമീറ്ററിൽ നിന്ന് 10 നാനോമീറ്ററായി വർദ്ധിക്കുന്നു, ഇത് തുടർന്നുള്ള ക്രമത്തിന് അടിത്തറയിടുന്നു.

ത്രിമാന ക്രമപ്പെടുത്തൽ ഘട്ടം (1800–2500°C):
താപനില ഉയരുമ്പോൾ, കാർബൺ പാളികൾക്കിടയിലുള്ള തെറ്റായ ക്രമീകരണങ്ങൾ കുറയുകയും ഇന്റർലെയർ അകലം ക്രമേണ 0.343–0.346 നാനോമീറ്ററായി ചുരുങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു (0.335 നാനോമീറ്ററിന്റെ അനുയോജ്യമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് മൂല്യത്തിലേക്ക് അടുക്കുന്നു). ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി 0 മുതൽ 0.9 വരെ വർദ്ധിക്കുന്നു, കൂടാതെ മെറ്റീരിയൽ ഗണ്യമായി വർദ്ധിച്ച വൈദ്യുത, ​​താപ ചാലകത പോലുള്ള വ്യത്യസ്തമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് സവിശേഷതകൾ പ്രകടിപ്പിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു.

ക്രിസ്റ്റൽ പെർഫെക്ഷൻ ഘട്ടം (2500–3000°C):
ഉയർന്ന താപനിലയിൽ, മൈക്രോക്രിസ്റ്റലുകൾ പുനഃക്രമീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ലാറ്റിസ് വൈകല്യങ്ങൾ (ഒഴിവുകൾ, സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങൾ പോലുള്ളവ) ക്രമേണ നന്നാക്കപ്പെടുന്നു, ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി 1.0 (ആദർശ ക്രിസ്റ്റൽ) ലേക്ക് അടുക്കുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ, വസ്തുവിന്റെ വൈദ്യുത പ്രതിരോധശേഷി 4–5 മടങ്ങ് കുറയാം, താപ ചാലകത ഏകദേശം 10 മടങ്ങ് മെച്ചപ്പെടും, രേഖീയ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം 50–80% കുറയും, രാസ സ്ഥിരത ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കും.

ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഇൻപുട്ട് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ പ്രധാന പ്രേരകശക്തിയാണ്, കാർബൺ ആറ്റം പുനഃക്രമീകരണത്തിനുള്ള ഊർജ്ജ തടസ്സത്തെ മറികടക്കുകയും ക്രമരഹിതമായ ഘടനയിൽ നിന്ന് ക്രമീകൃതമായ ഘടനയിലേക്ക് മാറാൻ പ്രാപ്തമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ (ബോറോൺ, ഇരുമ്പ് അല്ലെങ്കിൽ ഫെറോസിലിക്കൺ പോലുള്ളവ) ചേർക്കുന്നത് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ താപനില കുറയ്ക്കുകയും കാർബൺ ആറ്റം വ്യാപനത്തെയും ലാറ്റിസ് രൂപീകരണത്തെയും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. ഉദാഹരണത്തിന്, ഫെറോസിലിക്കണിൽ 25% സിലിക്കൺ അടങ്ങിയിരിക്കുമ്പോൾ, ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ താപനില 2500–3000°C ൽ നിന്ന് 1500°C ആയി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, അതേസമയം ഗ്രാഫൈറ്റ് രൂപീകരണത്തിന് സഹായിക്കുന്നതിന് ഷഡ്ഭുജ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.

ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ പ്രയോഗ മൂല്യം മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളുടെ സമഗ്രമായ മെച്ചപ്പെടുത്തലിൽ പ്രതിഫലിക്കുന്നു:

• വൈദ്യുതചാലകത: ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷനുശേഷം, വസ്തുവിന്റെ വൈദ്യുത പ്രതിരോധശേഷി ഗണ്യമായി കുറയുന്നു, ഇത് മികച്ച വൈദ്യുതചാലകതയുള്ള ഒരേയൊരു ലോഹേതര വസ്തുവായി മാറുന്നു.
• താപ ചാലകത: താപ ചാലകത ഏകദേശം 10 മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു, ഇത് താപ മാനേജ്മെന്റ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.
• രാസ സ്ഥിരത: ഓക്സിഡേഷൻ പ്രതിരോധവും നാശന പ്രതിരോധവും വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും, മെറ്റീരിയലിന്റെ സേവന ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ: ശക്തി കുറഞ്ഞേക്കാം എങ്കിലും, ഇംപ്രെഗ്നേഷൻ, സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കൽ, വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം എന്നിവയിലൂടെ സുഷിര ഘടന മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.
• പരിശുദ്ധി വർദ്ധിപ്പിക്കൽ: ഉയർന്ന താപനിലയിൽ മാലിന്യങ്ങൾ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ഉൽപ്പന്നത്തിലെ ചാരത്തിന്റെ അളവ് ഏകദേശം 300 മടങ്ങ് കുറയ്ക്കുകയും ഉയർന്ന പരിശുദ്ധി ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉദാഹരണത്തിന്, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി ആനോഡ് വസ്തുക്കളിൽ, സിന്തറ്റിക് ഗ്രാഫൈറ്റ് ആനോഡുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഒരു പ്രധാന ഘട്ടമാണ്. ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ചികിത്സയിലൂടെ, ആനോഡ് വസ്തുക്കളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, സൈക്കിൾ സ്ഥിരത, നിരക്ക് പ്രകടനം എന്നിവ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് മൊത്തത്തിലുള്ള ബാറ്ററി പ്രകടനത്തെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നു. ചില പ്രകൃതിദത്ത ഗ്രാഫൈറ്റുകൾ അതിന്റെ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ബിരുദം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി ഉയർന്ന താപനില ചികിത്സയ്ക്ക് വിധേയമാകുന്നു, അതുവഴി ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് കാര്യക്ഷമതയും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നു.