ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ പ്രധാന പ്രക്രിയ പാരാമീറ്ററുകൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

രൂപരഹിതവും ക്രമരഹിതവുമായ കാർബണേഷ്യസ് വസ്തുക്കളെ ക്രമീകൃതമായ ഒരു ഗ്രാഫിറ്റിക് ക്രിസ്റ്റലിൻ ഘടനയാക്കി മാറ്റുന്ന ഒരു പ്രധാന പ്രക്രിയയാണ് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ, അതിന്റെ പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി, മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ, ഉൽപാദന കാര്യക്ഷമത എന്നിവയെ നേരിട്ട് സ്വാധീനിക്കുന്നു. ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷനായുള്ള നിർണായക പ്രക്രിയ പാരാമീറ്ററുകളും സാങ്കേതിക പരിഗണനകളും ചുവടെയുണ്ട്:

I. കോർ താപനില പാരാമീറ്ററുകൾ

ലക്ഷ്യ താപനില പരിധി
ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന് വസ്തുക്കൾ 2300–3000℃ വരെ ചൂടാക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇവിടെ:

• ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇന്റർലെയർ സ്‌പെയ്‌സിംഗ് ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നതിനും ക്രമീകൃത ഘടന രൂപീകരണം ആരംഭിക്കുന്നതിനും 2500℃ നിർണായക ഘട്ടമാണ്;
• 3000℃ താപനിലയിൽ, ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ പൂർത്തിയാകാറായിരിക്കുന്നു, ഇന്റർലെയർ സ്‌പെയ്‌സിംഗ് 0.3354 nm (ആദർശ ഗ്രാഫൈറ്റ് മൂല്യം) ൽ സ്ഥിരത കൈവരിക്കുകയും ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി 90% കവിയുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉയർന്ന താപനിലയിൽ നിലനിർത്തുന്ന സമയം

• ചൂളയിലെ താപനില വിതരണം ഏകീകൃതമാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ 6–30 മണിക്കൂർ ലക്ഷ്യ താപനില നിലനിർത്തുക;
• വൈദ്യുതി വിതരണം ചെയ്യുമ്പോൾ പ്രതിരോധം തിരിച്ചുവരുന്നത് തടയുന്നതിനും താപനിലയിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ലാറ്റിസ് വൈകല്യങ്ങൾ ഒഴിവാക്കുന്നതിനും 3–6 മണിക്കൂർ അധികമായി ഹോൾഡ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.

II. ഹീറ്റിംഗ് കർവ് നിയന്ത്രണം

ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള ചൂടാക്കൽ തന്ത്രം

• പ്രാരംഭ ചൂടാക്കൽ ഘട്ടം (0–1000℃): ബാഷ്പീകരണ വസ്തുക്കളുടെ (ഉദാ: ടാർ, വാതകങ്ങൾ) ക്രമാനുഗതമായ പ്രകാശനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിനും ചൂള പൊട്ടിത്തെറിക്കുന്നത് തടയുന്നതിനും 50℃/മണിക്കൂറിൽ നിയന്ത്രിക്കുന്നു;
• ചൂടാക്കൽ ഘട്ടം (1000–2500℃): വൈദ്യുത പ്രതിരോധം കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച് 100℃/h ആയി വർദ്ധിക്കുന്നു, പവർ നിലനിർത്താൻ കറന്റ് ക്രമീകരിക്കുന്നു;
• ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള പുനഃസംയോജന ഘട്ടം (2500–3000℃): ലാറ്റിസ് വൈകല്യ നന്നാക്കലും മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ പുനഃക്രമീകരണവും പൂർത്തിയാക്കാൻ 20–30 മണിക്കൂർ നീണ്ടുനിൽക്കും.

അസ്ഥിരമായ മാനേജ്മെന്റ്

• പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ച സാന്ദ്രത ഒഴിവാക്കാൻ, അസംസ്കൃത വസ്തുക്കൾ ബാഷ്പശീലമായ ഉള്ളടക്കത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ കലർത്തണം;
• ബാഷ്പശീലമായ വസ്തുക്കൾ ഫലപ്രദമായി രക്ഷപ്പെടുന്നത് ഉറപ്പാക്കാൻ മുകളിലെ ഇൻസുലേഷനിൽ വെന്റിലേഷൻ ദ്വാരങ്ങൾ നൽകിയിട്ടുണ്ട്;
• അപൂർണ്ണമായ ജ്വലനവും കറുത്ത പുക രൂപീകരണവും തടയുന്നതിന്, പീക്ക് ബാഷ്പീകരണ ഉദ്‌വമന സമയത്ത് (ഉദാഹരണത്തിന്, 800–1200℃) ചൂടാക്കൽ വക്രം മന്ദഗതിയിലാക്കുന്നു.

III. ഫർണസ് ലോഡിംഗ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ

യൂണിഫോം റെസിസ്റ്റൻസ് മെറ്റീരിയൽ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ

• കണികാ ക്ലസ്റ്ററിംഗ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ബയസ് കറന്റുകൾ തടയുന്നതിന്, ലോംഗ്-ലൈൻ ലോഡിംഗ് വഴി റെസിസ്റ്റൻസ് മെറ്റീരിയലുകൾ ഫർണസ് ഹെഡ് മുതൽ വാൽ വരെ തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്യണം;
• പുതിയതും ഉപയോഗിച്ചതുമായ ക്രൂസിബിളുകൾ ഉചിതമായി കലർത്തുകയും പ്രതിരോധ വ്യതിയാനങ്ങൾ കാരണം പ്രാദേശികമായി അമിതമായി ചൂടാകുന്നത് ഒഴിവാക്കാൻ പാളികളിൽ അടുക്കി വയ്ക്കുന്നത് നിരോധിക്കുകയും വേണം.

സഹായ വസ്തുക്കളുടെ തിരഞ്ഞെടുപ്പും കണികാ വലിപ്പ നിയന്ത്രണവും

• പ്രതിരോധശേഷി അസമത്വം കുറയ്ക്കുന്നതിന് സഹായ വസ്തുക്കളുടെ ≤10% 0–1 മില്ലീമീറ്റർ പിഴകൾ ഉൾക്കൊള്ളണം;
• മാലിന്യ ആഗിരണം കുറയ്ക്കുന്നതിന് കുറഞ്ഞ ചാരവും (<1%) ബാഷ്പീകരണശേഷി കുറഞ്ഞ (<5%) സഹായ വസ്തുക്കളും മുൻഗണന നൽകുന്നു.

IV. കൂളിംഗ്, അൺലോഡിംഗ് നിയന്ത്രണം

സ്വാഭാവിക തണുപ്പിക്കൽ പ്രക്രിയ

• വെള്ളം തളിച്ചുകൊണ്ട് നിർബന്ധിത തണുപ്പിക്കൽ നിരോധിച്ചിരിക്കുന്നു; പകരം, താപ സമ്മർദ്ദ വിള്ളലുകൾ തടയുന്നതിന് ഗ്രാബുകളോ സക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങളോ ഉപയോഗിച്ച് വസ്തുക്കൾ ഓരോ പാളിയായി നീക്കം ചെയ്യുന്നു;
• മെറ്റീരിയലിനുള്ളിൽ ക്രമേണ താപനില വ്യതിയാനങ്ങൾ ഉറപ്പാക്കാൻ തണുപ്പിക്കൽ സമയം ≥7 ദിവസമായിരിക്കണം.

അൺലോഡിംഗ് താപനിലയും പുറംതോട് കൈകാര്യം ചെയ്യലും

• ക്രൂസിബിളുകൾ ~150℃ എത്തുമ്പോഴാണ് ഒപ്റ്റിമൽ അൺലോഡിംഗ് സംഭവിക്കുന്നത്; അകാല നീക്കം ചെയ്യൽ വസ്തുക്കളുടെ ഓക്സീകരണത്തിനും (നിർദ്ദിഷ്ട ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിക്കുന്നതിനും) ക്രൂസിബിൾ നാശത്തിനും കാരണമാകുന്നു;
• ക്രൂസിബിൾ പ്രതലങ്ങളിൽ അൺലോഡിംഗ് സമയത്ത് 1–5 മില്ലീമീറ്റർ കട്ടിയുള്ള ഒരു പുറംതോട് (ചെറിയ മാലിന്യങ്ങൾ അടങ്ങിയത്) രൂപം കൊള്ളുന്നു, കൂടാതെ കയറ്റുമതിക്കായി ടൺ ബാഗുകളിൽ പായ്ക്ക് ചെയ്ത യോഗ്യതയുള്ള വസ്തുക്കൾ പ്രത്യേകം സൂക്ഷിക്കണം.

V. ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി അളക്കലും പ്രോപ്പർട്ടി പരസ്പര ബന്ധവും

അളക്കൽ രീതികൾ

• എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD): ഫ്രാങ്ക്ലിൻ ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി g ഉരുത്തിരിഞ്ഞ്, (002) ഡിഫ്രാക്ഷൻ പീക്ക് പൊസിഷൻ വഴി ഇന്റർലെയർ സ്‌പെയ്‌സിംഗ് d002​ കണക്കാക്കുന്നു:

(ഇവിടെ c0​ എന്നത് അളന്ന ഇന്റർലെയർ സ്‌പെയ്‌സിംഗ് ആണ്; d002​=0.3360nm ആകുമ്പോൾ g=84.05%).

• രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി: ഡി-പീക്കിന്റെയും ജി-പീക്കിന്റെയും തീവ്രത അനുപാതം വഴി ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി കണക്കാക്കുന്നു.

പ്രോപ്പർട്ടി ആഘാതം

• ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രിയിലെ ഓരോ 0.1 വർദ്ധനവും പ്രതിരോധശേഷി 30% കുറയ്ക്കുകയും താപ ചാലകത 25% വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു;
• ഉയർന്ന ഗ്രാഫിറ്റൈസ് ചെയ്ത വസ്തുക്കൾ (> 90%) 1.2×10⁵ S/m വരെ ചാലകത കൈവരിക്കുന്നു, എന്നിരുന്നാലും ആഘാത കാഠിന്യം കുറഞ്ഞേക്കാം, പ്രകടനം സന്തുലിതമാക്കാൻ സംയോജിത മെറ്റീരിയൽ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ആവശ്യമാണ്.

VI. അഡ്വാൻസ്ഡ് പ്രോസസ് പാരാമീറ്റർ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ

കാറ്റലിറ്റിക് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ

• ഇരുമ്പ്/നിക്കൽ ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ Fe₃C/Ni₃C ഇന്റർമീഡിയറ്റ് ഘട്ടങ്ങളായി മാറുന്നു, ഇത് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ താപനില 2200℃ ആയി കുറയ്ക്കുന്നു;
• ബോറോൺ ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ കാർബൺ പാളികളിലേക്ക് കൂടിച്ചേർന്ന് ക്രമപ്പെടുത്തൽ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു, ഇതിന് 2300℃ ആവശ്യമാണ്.

അൾട്രാ-ഹൈ-ടെമ്പറേച്ചർ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ

• പ്ലാസ്മ ആർക്ക് ചൂടാക്കൽ (ആർഗോൺ പ്ലാസ്മ കോർ താപനില: 15,000℃) 3200℃ ഉപരിതല താപനിലയും ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രി >99% ഉം കൈവരിക്കുന്നു, ഇത് ന്യൂക്ലിയർ-ഗ്രേഡ്, എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് ഗ്രാഫൈറ്റിന് അനുയോജ്യമാണ്.

മൈക്രോവേവ് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ

• 2.45 GHz മൈക്രോവേവുകൾ കാർബൺ ആറ്റം വൈബ്രേഷനുകളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകളില്ലാതെ 500℃/മിനിറ്റ് ചൂടാക്കൽ നിരക്ക് സാധ്യമാക്കുന്നു, എന്നിരുന്നാലും നേർത്ത മതിലുള്ള ഘടകങ്ങളിലേക്ക് (<50 mm) പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.