ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ചികിത്സയ്ക്ക് ആവശ്യമായ താപനില എന്താണ്?

ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ചികിത്സയ്ക്ക് സാധാരണയായി 2300 മുതൽ 3000 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെയുള്ള ഉയർന്ന താപനില ആവശ്യമാണ്, ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള താപ ചികിത്സയിലൂടെ ക്രമരഹിതമായ ക്രമീകരണത്തിൽ നിന്ന് ക്രമീകരിച്ച ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിലേക്ക് കാർബൺ ആറ്റങ്ങളെ പരിവർത്തനം ചെയ്യുക എന്നതാണ് ഇതിന്റെ പ്രധാന തത്വം. വിശദമായ വിശകലനം താഴെ കൊടുക്കുന്നു:

I. പരമ്പരാഗത ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ചികിത്സയ്ക്കുള്ള താപനില പരിധി

എ. അടിസ്ഥാന താപനില ആവശ്യകതകൾ

പരമ്പരാഗത ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന് താപനില 2300 മുതൽ 3000 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെ ഉയർത്തേണ്ടതുണ്ട്, ഇവിടെ:

• 2500℃ ഒരു നിർണായക വഴിത്തിരിവായി മാറുന്നു, അവിടെ കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ ഇന്റർലെയർ സ്പേസിംഗ് ഗണ്യമായി കുറയുകയും ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ അളവ് വേഗത്തിൽ വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു;
• 3000 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനപ്പുറം, മാറ്റങ്ങൾ കൂടുതൽ ക്രമേണയായി മാറുന്നു, ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റൽ പൂർണതയിലേക്ക് അടുക്കുന്നു, എന്നിരുന്നാലും കൂടുതൽ താപനില വിളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും പ്രകടനത്തിലെ നേരിയ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ബി. മെറ്റീരിയൽ വ്യത്യാസങ്ങൾ താപനിലയിൽ ചെലുത്തുന്ന സ്വാധീനം

• ഗ്രാഫിറ്റൈസ് ചെയ്യാൻ എളുപ്പമുള്ള കാർബണുകൾ (ഉദാ: പെട്രോളിയം കോക്ക്): 1700 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഘട്ടത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു, 2500 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രിയിൽ ശ്രദ്ധേയമായ വർദ്ധനവുണ്ടാകും;
• ഗ്രാഫൈറ്റൈസ് ചെയ്യാൻ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള കാർബണുകൾ (ഉദാ: ആന്ത്രാസൈറ്റ്): സമാനമായ പരിവർത്തനം കൈവരിക്കാൻ ഉയർന്ന താപനില (3000℃ അടുക്കുന്നു) ആവശ്യമാണ്.

II. ഉയർന്ന താപനില കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ ക്രമപ്പെടുത്തലിനെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്ന സംവിധാനം

എ. ഘട്ടം 1 (1000–1800℃): വോളറ്റൈൽ എമിഷനും ദ്വിമാന ക്രമവും

• ആലിഫാറ്റിക് ശൃംഖലകൾ, CH, C=O ബോണ്ടുകൾ വിഘടിച്ച് ഹൈഡ്രജൻ, ഓക്സിജൻ, നൈട്രജൻ, സൾഫർ, മറ്റ് മൂലകങ്ങൾ എന്നിവ മോണോമറുകളുടെയോ ലളിതമായ തന്മാത്രകളുടെയോ രൂപത്തിൽ (ഉദാ: CH₄, CO₂) പുറത്തുവിടുന്നു;
• കാർബൺ ആറ്റ പാളികൾ ദ്വിമാന തലത്തിനുള്ളിൽ വികസിക്കുന്നു, മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ ഉയരം 1 nm മുതൽ 10 nm വരെ വർദ്ധിക്കുന്നു, അതേസമയം ഇന്റർലെയർ സ്റ്റാക്കിംഗ് വലിയ മാറ്റമില്ലാതെ തുടരുന്നു;
• എൻഡോതെർമിക് (രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ), എക്സോതെർമിക് (മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ അതിർത്തി അപ്രത്യക്ഷമാകുന്നതിൽ നിന്ന് ഇന്റർഫേഷ്യൽ എനർജി പുറത്തുവിടുന്നത് പോലുള്ള ഭൗതിക പ്രക്രിയകൾ) പ്രക്രിയകൾ ഒരേസമയം സംഭവിക്കുന്നു.

ബി. ഘട്ടം 2 (1800–2400℃): ത്രിമാന ക്രമപ്പെടുത്തലും ധാന്യ അതിർത്തി നന്നാക്കലും

• കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ച താപ വൈബ്രേഷൻ ആവൃത്തികൾ അവയെ മിനിമം ഫ്രീ എനർജി എന്ന തത്വത്താൽ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്ന ത്രിമാന ക്രമീകരണങ്ങളിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു;
• ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളിലെ സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങളും ധാന്യ അതിരുകളും ക്രമേണ അപ്രത്യക്ഷമാകുന്നു, എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ സ്പെക്ട്രയിൽ മൂർച്ചയുള്ള (hko) ഉം (001) ഉം രേഖകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നത് ഇതിന് തെളിവാണ്, ഇത് ത്രിമാന ക്രമീകൃത ക്രമീകരണങ്ങളുടെ രൂപീകരണത്തെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു;
• ചില മാലിന്യങ്ങൾ കാർബൈഡുകൾ (ഉദാ: സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്) ഉണ്ടാക്കുന്നു, അവ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ലോഹ നീരാവികളായും ഗ്രാഫൈറ്റായും വിഘടിക്കുന്നു.

സി. ഘട്ടം 3 (2400 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനു മുകളിൽ): ധാന്യവളർച്ചയും പുനഃക്രിസ്റ്റലൈസേഷനും

• ഗ്രെയിൻ അളവുകൾ a-അക്ഷത്തിൽ ശരാശരി 10–150 nm വരെയും c-അക്ഷത്തിൽ ഏകദേശം 60 പാളികൾ (ഏകദേശം 20 nm) വരെയും വർദ്ധിക്കുന്നു;
• കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ആന്തരിക അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർമോളിക്യുലാർ മൈഗ്രേഷൻ വഴി ലാറ്റിസ് ശുദ്ധീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, അതേസമയം കാർബൺ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ബാഷ്പീകരണ നിരക്ക് താപനിലയോടൊപ്പം ക്രമാതീതമായി വർദ്ധിക്കുന്നു;
• ഖര, വാതക ഘട്ടങ്ങൾക്കിടയിൽ സജീവമായ പദാർത്ഥ കൈമാറ്റം സംഭവിക്കുന്നു, ഇത് വളരെ ക്രമീകൃതമായ ഒരു ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന രൂപപ്പെടുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു.

III. പ്രത്യേക പ്രക്രിയകളിലൂടെ താപനില ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ

എ. കാറ്റലിറ്റിക് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ

ഇരുമ്പ് അല്ലെങ്കിൽ ഫെറോസിലിക്കൺ പോലുള്ള ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ ചേർക്കുന്നത് ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ താപനിലയെ 1500–2200℃ വരെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്:

• ഫെറോസിലിക്കൺ കാറ്റലിസ്റ്റിന് (25% സിലിക്കൺ ഉള്ളടക്കം) താപനില 2500–3000℃ ൽ നിന്ന് 1500℃ ആയി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും;
• കാർബൺ നാരുകളുടെ ഓറിയന്റേഷൻ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനൊപ്പം താപനില 2200℃-ൽ താഴെയായി കുറയ്ക്കാൻ BN കാറ്റലിസ്റ്റിന് കഴിയും.

ബി. അൾട്രാ-ഹൈ-ടെമ്പറേച്ചർ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ

ന്യൂക്ലിയർ-ഗ്രേഡ്, എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് ഗ്രാഫൈറ്റ് പോലുള്ള ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഈ പ്രക്രിയയിൽ, ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ 3200℃ കവിയുന്ന ഉപരിതല താപനില കൈവരിക്കുന്നതിന് മീഡിയം-ഫ്രീക്വൻസി ഇൻഡക്ഷൻ ഹീറ്റിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ പ്ലാസ്മ ആർക്ക് ഹീറ്റിംഗ് (ഉദാഹരണത്തിന്, ആർഗോൺ പ്ലാസ്മ കോർ താപനില 15,000℃ വരെ എത്തുന്നു) ഉപയോഗിക്കുന്നു;

• ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ അളവ് 0.99 കവിയുന്നു, മാലിന്യത്തിന്റെ അളവ് വളരെ കുറവാണ് (ചാരത്തിന്റെ അളവ് < 0.01%).

IV. ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഇഫക്റ്റുകളിൽ താപനിലയുടെ സ്വാധീനം.

എ. റെസിസ്റ്റിവിറ്റിയും താപ ചാലകതയും

ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഡിഗ്രിയിലെ ഓരോ 0.1 വർദ്ധനവിനും, പ്രതിരോധശേഷി 30% കുറയുന്നു, താപ ചാലകത 25% വർദ്ധിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 3000℃-ൽ ചികിത്സിച്ച ശേഷം, ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ പ്രതിരോധശേഷി അതിന്റെ പ്രാരംഭ മൂല്യത്തിന്റെ 1/4–1/5 ആയി കുറയാം.

ബി. മെക്കാനിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ

ഉയർന്ന താപനില ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ഇന്റർലെയർ സ്‌പേസിംഗ് ഏതാണ്ട് അനുയോജ്യമായ മൂല്യങ്ങളിലേക്ക് (0.3354 nm) കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് താപ ആഘാത പ്രതിരോധവും രാസ സ്ഥിരതയും ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു (ലീനിയർ എക്സ്പാൻഷൻ കോഫിഫിഷ്യന്റ് 50%–80% കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം), അതേസമയം ലൂബ്രിസിറ്റിയും വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധവും നൽകുന്നു.

സി. പരിശുദ്ധി വർദ്ധിപ്പിക്കൽ

3000℃ താപനിലയിൽ, 99.9% പ്രകൃതിദത്ത സംയുക്തങ്ങളിലെയും രാസ ബോണ്ടുകൾ വിഘടിക്കുന്നു, ഇത് മാലിന്യങ്ങൾ വാതക രൂപത്തിൽ പുറത്തുവിടാൻ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് 99.9% അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതൽ ഉൽപ്പന്ന ശുദ്ധതയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.