ለግራፊታይዜሽን ሕክምና የሚያስፈልገው የሙቀት መጠን ምንድነው?

የግራፊታይዜሽን ሕክምና በተለምዶ ከ2300 እስከ 3000℃ የሚደርስ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ይጠይቃል፣ ዋናው መርህ ደግሞ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ባለው የሙቀት ሕክምና አማካኝነት የካርቦን አቶሞች ከተዛባ አደረጃጀት ወደተደራጀ የግራፋይት ክሪስታል መዋቅር መለወጥ ነው። ከዚህ በታች ዝርዝር ትንታኔ ቀርቧል፡

I. ለባህላዊ የግራፊክታይዜሽን ሕክምና የሙቀት መጠን ክልል

ሀ. መሰረታዊ የሙቀት መስፈርቶች

ባህላዊው ግራፋይታይዜሽን የሙቀት መጠኑን ከ2300 እስከ 3000℃ ባለው ክልል ውስጥ ማሳደግን ይጠይቃል፤

• 2500℃ ወሳኝ የሆነ የመዞሪያ ነጥብን ያመለክታል፣ በዚህ ጊዜ የካርቦን አቶሞች የንብርብር ክፍተት በከፍተኛ ሁኔታ የሚቀንስ እና የግራፊክታይዜሽን መጠን በፍጥነት የሚጨምርበት።
• ከ 3000℃ በላይ፣ ለውጦች ቀስ በቀስ እየቀነሱ ይሄዳሉ፣ እና የግራፋይት ክሪስታል ወደ ፍፁምነት ቢቃረብም፣ ተጨማሪ የሙቀት መጠን ቢጨምርም የአፈፃፀም ማሻሻያዎችን በመቀነስ።

ለ. የቁሳቁስ ልዩነቶች በሙቀት ላይ ያላቸው ተጽእኖ

• በቀላሉ የሚቀቡ ካርቦን (ለምሳሌ፣ ፔትሮሊየም ኮክ): በ1700℃ የግራፊታይዜሽን ደረጃ ላይ ይግቡ፣ በ2500℃ የግራፊታይዜሽን ዲግሪ ጉልህ ጭማሪ በማድረግ፤
• ካርቦንን በግራፊክ መልክ ለማስቀመጥ አስቸጋሪ ነው (ለምሳሌ፣ አንትራሳይት): ተመሳሳይ ለውጥ ለማምጣት ከፍተኛ የሙቀት መጠን (ወደ 3000℃ አካባቢ) ያስፈልጋል።

II. ከፍተኛ የሙቀት መጠን የካርቦን አቶም ቅደም ተከተልን የሚያበረታታበት ዘዴ

ሀ. ደረጃ 1 (1000–1800℃): ተለዋዋጭ ልቀት እና ባለ ሁለት አቅጣጫዊ ቅደም ተከተል

• የአሊፋቲክ ሰንሰለቶች፣ CH እና C=O ቦንዶች ይሰበራሉ፣ ሃይድሮጂን፣ ኦክስጅን፣ ናይትሮጅን፣ ሰልፈር እና ሌሎች ንጥረ ነገሮችን በሞኖመሮች ወይም በቀላል ሞለኪውሎች መልክ ይለቃሉ (ለምሳሌ፣ CH₄፣ CO₂)፤
• የካርቦን አቶም ንብርብሮች በሁለት-ልኬት ፕላን ውስጥ ይስፋፋሉ፣ የማይክሮክሪስታሊን ቁመት ከ1 nm ወደ 10 nm ይጨምራል፣ የንብርብር መደራረብ ግን በአብዛኛው ሳይለወጥ ይቆያል፤
• ሁለቱም የኢንዶተርሚክ (ኬሚካላዊ ግብረመልሶች) እና ኤክሶተርሚክ (እንደ የማይክሮክሪስታሊን ድንበር መጥፋት ያሉ የኢንተርፌሻል ኃይል መለቀቅ ያሉ አካላዊ ሂደቶች) በአንድ ጊዜ ይከሰታሉ።

ለ. ደረጃ 2 (1800–2400℃): ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ቅደም ተከተል እና የእህል ወሰን ጥገና

• የካርቦን አቶሞች የሙቀት ንዝረት ድግግሞሽ መጨመር ወደ ሶስት አቅጣጫዊ አቀማመጦች እንዲሸጋገሩ ያደርጋቸዋል፣ ይህም በአነስተኛ ነፃ ኃይል መርህ ይመራል፤
• በክሪስታል አውሮፕላኖች ላይ ያሉ መቆራረጦች እና የእህል ወሰኖች ቀስ በቀስ ይጠፋሉ፣ ይህም በኤክስሬይ ዲፍራክሽን ስፔክትራ ውስጥ ስለታም (hko) እና (001) መስመሮች ብቅ ማለት የተረጋገጠ ሲሆን፣ ይህም የሶስት አቅጣጫዊ ቅደም ተከተሎች መፈጠርን ያረጋግጣል።
• አንዳንድ ቆሻሻዎች ካርቦይድ (ለምሳሌ፣ ሲሊኮን ካርቦይድ) ይፈጥራሉ፣ ይህም በከፍተኛ ሙቀት ወደ ብረት ትነት እና ግራፋይት ይበሰብሳል።

ሐ. ደረጃ 3 (ከ2400℃ በላይ): የእህል እድገት እና እንደገና ማደራጀት

• የእህል ልኬቶች በ a-ዘንግ በኩል በአማካይ ከ10-150 nm እና በ c-ዘንግ በኩል ወደ 60 ንብርብሮች (ወደ 20 nm አካባቢ) ይጨምራሉ።
• የካርቦን አቶሞች በውስጣዊ ወይም በሞለኪውላር ፍልሰት አማካኝነት የላቲስ ማጣሪያ ይደረግባቸዋል፣ የካርቦን ንጥረ ነገሮች የትነት መጠን ደግሞ ከሙቀት መጠን ጋር በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል።
• በጠንካራ እና በጋዝ ደረጃዎች መካከል ንቁ የቁሳቁስ ልውውጥ ይከሰታል፣ ይህም ከፍተኛ ደረጃ ያለው የግራፋይት ክሪስታል መዋቅር እንዲፈጠር ያደርጋል።

III. በልዩ ሂደቶች የሙቀት ማመቻቸት

ሀ. ካታሊቲክ ግራፊታይዜሽን

እንደ ብረት ወይም ፌሮሲሊኮን ያሉ ካታላይዘሮችን መጨመር የግራፊታይዜሽን የሙቀት መጠንን ወደ 1500–2200℃ ክልል በእጅጉ ሊቀንስ ይችላል። ለምሳሌ፡

• የፌሮሲሊኮን ካቴላይት (25% የሲሊኮን ይዘት) የሙቀት መጠኑን ከ2500-3000℃ እስከ 1500℃ ዝቅ ሊያደርግ ይችላል፤
• የቢኤን ካታሊስት የካርቦን ፋይበርን አቀማመጥ በማሻሻል የሙቀት መጠኑን ከ 2200℃ በታች ዝቅ ማድረግ ይችላል።

ለ. እጅግ በጣም ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው ግራፋይትዜሽን

እንደ ኑክሌር-ደረጃ እና ኤሮስፔስ-ደረጃ ግራፋይት ላሉ ከፍተኛ ንፅህና አፕሊኬሽኖች ጥቅም ላይ የሚውል ይህ ሂደት በምርቶቹ ላይ ከ 3200℃ በላይ የሆነ የገጽታ ሙቀት ለማግኘት መካከለኛ ድግግሞሽ ኢንዳክሽን ማሞቂያ ወይም የፕላዝማ ቅስት ማሞቂያ (ለምሳሌ፣ የአርጎን ፕላዝማ ኮር የሙቀት መጠን 15,000℃ ይደርሳል) ይጠቀማል፤

• የግራፊታይዜሽን ደረጃ ከ0.99 ይበልጣል፣ እጅግ በጣም ዝቅተኛ የቆሻሻ ይዘት (የአመድ ይዘት < 0.01%)።

IV. የሙቀት መጠን በግራፊታይዜሽን ውጤቶች ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ

ሀ. የመቋቋም እና የሙቀት ማስተላለፊያ

በእያንዳንዱ የግራፊታይዜሽን ዲግሪ 0.1 ጭማሪ፣ የመቋቋም አቅሙ በ30% ይቀንሳል፣ የሙቀት አማቂነት ደግሞ በ25% ይጨምራል። ለምሳሌ፣ በ3000℃ ከተደረገ በኋላ የግራፋይት የመቋቋም አቅሙ ወደ መጀመሪያው እሴት 1/4–1/5 ሊወርድ ይችላል።

ለ. ሜካኒካል ባህሪያት

ከፍተኛ የሙቀት መጠኖች የግራፋይት የንብርብር ክፍተትን ወደ ተስማሚ እሴቶች (0.3354 nm) ይቀንሳል፣ ይህም የሙቀት ድንጋጤ መቋቋምን እና የኬሚካል መረጋጋትን በእጅጉ ያሻሽላል (ከ50%-80% መስመራዊ የማስፋፊያ ኮፊሸንት ቅነሳ ጋር)፣ እንዲሁም ቅባት እና የመልበስ መቋቋምን ይሰጣል።

ሐ. የንጽህና ማሻሻያ

በ3000°ሴ (3000°ሴ) የሙቀት መጠን፣ በ99.9% የተፈጥሮ ውህዶች ውስጥ ያሉ የኬሚካል ትስስር ይፈርሳል፣ ይህም ቆሻሻዎች በጋዝ መልክ እንዲለቀቁ እና የምርት ንፁህነት 99.9% ወይም ከዚያ በላይ እንዲሆን ያደርጋል።