ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયાના મુખ્ય પ્રક્રિયા પરિમાણો કયા છે?

ગ્રાફિટાઇઝેશન એ એક મુખ્ય પ્રક્રિયા છે જે આકારહીન, અવ્યવસ્થિત કાર્બોનેસીયસ સામગ્રીને ક્રમબદ્ધ ગ્રાફિટિક સ્ફટિકીય માળખામાં પરિવર્તિત કરે છે, તેના મુખ્ય પરિમાણો ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી, સામગ્રી ગુણધર્મો અને ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતાને સીધી અસર કરે છે. ગ્રાફિટાઇઝેશન માટે નીચે મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણો અને તકનીકી વિચારણાઓ છે:

I. મુખ્ય તાપમાન પરિમાણો

લક્ષ્ય તાપમાન શ્રેણી
ગ્રાફિટાઇઝેશન માટે સામગ્રીને 2300–3000℃ સુધી ગરમ કરવાની જરૂર પડે છે, જ્યાં:

• ગ્રેફાઇટ ઇન્ટરલેયર અંતરમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરવા માટે 2500℃ એ નિર્ણાયક બિંદુ છે, જે ક્રમબદ્ધ માળખાની રચના શરૂ કરે છે;
• 3000℃ તાપમાને, ગ્રાફિટાઇઝેશન પૂર્ણ થવાના આરે છે, ઇન્ટરલેયર અંતર 0.3354 nm (આદર્શ ગ્રેફાઇટ મૂલ્ય) પર સ્થિર થાય છે અને ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી 90% થી વધુ થાય છે.

ઉચ્ચ-તાપમાન હોલ્ડિંગ સમય

• ભઠ્ઠીના તાપમાનનું સમાન વિતરણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે લક્ષ્ય તાપમાન 6-30 કલાક સુધી જાળવી રાખો;
• તાપમાનના વધઘટને કારણે પ્રતિકારક શક્તિમાં વધારો અટકાવવા અને જાળીમાં ખામીઓ ટાળવા માટે પાવર સપ્લાય દરમિયાન વધારાના 3-6 કલાક હોલ્ડિંગ જરૂરી છે.

II. હીટિંગ કર્વ કંટ્રોલ

સ્ટેજ્ડ હીટિંગ સ્ટ્રેટેજી

• પ્રારંભિક ગરમીનો તબક્કો (0–1000℃): 50℃/કલાક પર નિયંત્રિત જેથી અસ્થિર પદાર્થો (દા.ત., ટાર, વાયુઓ) ના ધીમે ધીમે પ્રકાશનને પ્રોત્સાહન મળે અને ભઠ્ઠી ફાટી નીકળતી અટકાવી શકાય;
• ગરમીનો તબક્કો (1000–2500℃): વિદ્યુત પ્રતિકાર ઘટતાં 100℃/કલાક સુધી વધે છે, પાવર જાળવવા માટે વર્તમાન ગોઠવણ કરવામાં આવે છે;
• ઉચ્ચ-તાપમાન પુનઃસંયોજન તબક્કો (2500–3000℃): જાળી ખામી સમારકામ અને માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન પુનઃ ગોઠવણી પૂર્ણ કરવા માટે 20-30 કલાક સુધી રાખવામાં આવે છે.

અસ્થિર સંચાલન

• સ્થાનિક સાંદ્રતા ટાળવા માટે કાચો માલ અસ્થિર સામગ્રીના આધારે મિશ્રિત થવો જોઈએ;
• કાર્યક્ષમ વોલેટાઇલ એસ્કેપ સુનિશ્ચિત કરવા માટે ટોચના ઇન્સ્યુલેશનમાં વેન્ટિલેશન છિદ્રો આપવામાં આવે છે;
• અપૂર્ણ દહન અને કાળા ધુમાડાના ઉત્સર્જનને રોકવા માટે પીક વોલેટાઇલ ઉત્સર્જન (દા.ત., 800–1200℃) દરમિયાન ગરમીનો વળાંક ધીમો કરવામાં આવે છે.

III. ફર્નેસ લોડિંગ ઑપ્ટિમાઇઝેશન

સમાન પ્રતિકાર સામગ્રી વિતરણ

• કણોના ક્લસ્ટરિંગને કારણે થતા બાયસ કરંટને રોકવા માટે પ્રતિકાર સામગ્રીને લાંબા-લાઇન લોડિંગ દ્વારા ભઠ્ઠીના માથાથી પૂંછડી સુધી સમાનરૂપે વિતરિત કરવી જોઈએ;
• પ્રતિકારક ભિન્નતાને કારણે સ્થાનિક ઓવરહિટીંગ ટાળવા માટે નવા અને વપરાયેલા ક્રુસિબલ્સને યોગ્ય રીતે મિશ્રિત કરવા જોઈએ અને સ્તરોમાં સ્ટેક કરવાથી પ્રતિબંધિત કરવા જોઈએ.

સહાયક સામગ્રીની પસંદગી અને કણોના કદનું નિયંત્રણ

• પ્રતિકારની અસંગતતા ઘટાડવા માટે ≤10% સહાયક સામગ્રીમાં 0-1 મીમી દંડ હોવો જોઈએ;
• અશુદ્ધિ શોષણના જોખમોને ઘટાડવા માટે ઓછી રાખ (<1%) અને ઓછી અસ્થિર (<5%) સહાયક સામગ્રીને પ્રાથમિકતા આપવામાં આવે છે.

IV. ઠંડક અને અનલોડિંગ નિયંત્રણ

કુદરતી ઠંડક પ્રક્રિયા

• પાણીનો છંટકાવ કરીને બળજબરીથી ઠંડુ કરવું પ્રતિબંધિત છે; તેના બદલે, થર્મલ સ્ટ્રેસ ક્રેકીંગ અટકાવવા માટે ગ્રેબ્સ અથવા સક્શન ડિવાઇસનો ઉપયોગ કરીને સામગ્રીને સ્તર-દર-સ્તર દૂર કરવામાં આવે છે;
• સામગ્રીમાં તાપમાનમાં ક્રમિક ફેરફાર થાય તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઠંડકનો સમય ≥7 દિવસનો હોવો જોઈએ.

અનલોડિંગ તાપમાન અને પોપડાનું સંચાલન

• જ્યારે ક્રુસિબલ ~150℃ સુધી પહોંચે છે ત્યારે શ્રેષ્ઠ અનલોડિંગ થાય છે; અકાળે દૂર કરવાથી સામગ્રીનું ઓક્સિડેશન (ચોક્કસ સપાટી વિસ્તારમાં વધારો) અને ક્રુસિબલ નુકસાન થાય છે;
• અનલોડિંગ દરમિયાન ક્રુસિબલ સપાટી પર 1-5 મીમી જાડા પોપડા (જેમાં નાની અશુદ્ધિઓ હોય છે) બને છે અને તેને અલગથી સંગ્રહિત કરવી જોઈએ, શિપમેન્ટ માટે યોગ્ય સામગ્રીને ટન બેગમાં પેક કરીને.

V. ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી માપન અને મિલકત સહસંબંધ

માપન પદ્ધતિઓ

• એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD): ફ્રેન્કલિનના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી g મેળવવા સાથે, (002) ડિફ્રેક્શન પીક પોઝિશન દ્વારા ઇન્ટરલેયર સ્પેસિંગ d002​ ની ગણતરી કરે છે:

(જ્યાં c0​ એ માપેલ આંતરસ્તરીય અંતર છે; g=84.05% જ્યારે d002​=0.3360nm).

• રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી: ડી-પીક અને જી-પીકના તીવ્રતા ગુણોત્તર દ્વારા ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રીનો અંદાજ કાઢે છે.

મિલકતની અસર

• ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રીમાં દરેક 0.1 નો વધારો પ્રતિકારકતા 30% ઘટાડે છે અને થર્મલ વાહકતા 25% વધારે છે;
• ઉચ્ચ ગ્રાફાઈઝ્ડ સામગ્રી (>90%) 1.2×10⁵ S/m સુધી વાહકતા પ્રાપ્ત કરે છે, જોકે અસરની કઠિનતા ઘટી શકે છે, જેના કારણે કામગીરીને સંતુલિત કરવા માટે સંયુક્ત સામગ્રી તકનીકોની જરૂર પડે છે.

VI. અદ્યતન પ્રક્રિયા પરિમાણ ઑપ્ટિમાઇઝેશન

ઉત્પ્રેરક ગ્રાફિટાઇઝેશન

• આયર્ન/નિકલ ઉત્પ્રેરક Fe₃C/Ni₃C મધ્યવર્તી તબક્કાઓ બનાવે છે, જે ગ્રાફિટાઇઝેશન તાપમાનને 2200℃ સુધી ઘટાડે છે;
• બોરોન ઉત્પ્રેરક કાર્બન સ્તરોમાં આંતરવિભાજન કરે છે જેથી ક્રમને પ્રોત્સાહન મળે, જેને 2300℃ ની જરૂર પડે છે.

અતિ-ઉચ્ચ-તાપમાન ગ્રાફિટાઇઝેશન

• પ્લાઝ્મા આર્ક હીટિંગ (આર્ગોન પ્લાઝ્મા કોર તાપમાન: 15,000℃) સપાટીનું તાપમાન 3200℃ અને ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી > 99% સુધી પહોંચે છે, જે ન્યુક્લિયર-ગ્રેડ અને એરોસ્પેસ-ગ્રેડ ગ્રેફાઇટ માટે યોગ્ય છે.

માઇક્રોવેવ ગ્રાફિટાઇઝેશન

• 2.45 GHz માઇક્રોવેવ્સ કાર્બન અણુ સ્પંદનોને ઉત્તેજિત કરે છે, જેનાથી તાપમાનના ગ્રેડિયન્ટ વિના 500℃/મિનિટનો ગરમી દર વધે છે, જોકે તે પાતળા-દિવાલોવાળા ઘટકો (<50 mm) સુધી મર્યાદિત છે.