ग्राफिटाइजेशन प्रक्रिया के प्रमुख प्रक्रिया पैरामीटर क्या हैं?

ग्राफिटाइजेशन एक प्रमुख प्रक्रिया है जो अनाकार, अव्यवस्थित कार्बनयुक्त पदार्थों को एक व्यवस्थित ग्राफिटिक क्रिस्टलीय संरचना में परिवर्तित करती है, जिसके प्रमुख पैरामीटर ग्राफिटाइजेशन की डिग्री, पदार्थ के गुणों और उत्पादन दक्षता को सीधे प्रभावित करते हैं। ग्राफिटाइजेशन के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर और तकनीकी विचार नीचे दिए गए हैं:

I. कोर तापमान पैरामीटर

लक्षित तापमान सीमा
ग्राफिटाइजेशन के लिए सामग्रियों को 2300–3000℃ तक गर्म करना आवश्यक है, जहाँ:

• 2500 ℃ वह महत्वपूर्ण बिंदु है जहां ग्रेफाइट की परतों के बीच की दूरी में काफी कमी आती है, जिससे व्यवस्थित संरचना का निर्माण शुरू होता है;
• 3000 ℃ पर, ग्राफिटाइजेशन लगभग पूरा हो जाता है, जिसमें इंटरलेयर स्पेसिंग 0.3354 एनएम (आदर्श ग्रेफाइट मान) पर स्थिर हो जाती है और ग्राफिटाइजेशन की डिग्री 90% से अधिक हो जाती है।

उच्च तापमान धारण समय

• भट्टी के तापमान का एकसमान वितरण सुनिश्चित करने के लिए 6-30 घंटे तक लक्षित तापमान बनाए रखें;
• प्रतिरोध में अचानक वृद्धि को रोकने और तापमान में उतार-चढ़ाव के कारण होने वाले जाली दोषों से बचने के लिए बिजली आपूर्ति के दौरान अतिरिक्त 3-6 घंटे तक होल्डिंग की आवश्यकता होती है।

II. हीटिंग कर्व नियंत्रण

चरणबद्ध तापन रणनीति

• प्रारंभिक तापन चरण (0–1000℃): वाष्पशील पदार्थों (जैसे, टार, गैसें) के क्रमिक उत्सर्जन को बढ़ावा देने और भट्टी के विस्फोट को रोकने के लिए 50℃/घंटे की दर से नियंत्रित किया जाता है;
• तापन चरण (1000–2500℃): विद्युत प्रतिरोध घटने के साथ तापमान 100℃/घंटा तक बढ़ जाता है, और विद्युत शक्ति बनाए रखने के लिए धारा को समायोजित किया जाता है;
• उच्च तापमान पुनर्संयोजन चरण (2500-3000 ℃): जाली दोष की मरम्मत और सूक्ष्म क्रिस्टलीय पुनर्व्यवस्था को पूरा करने के लिए 20-30 घंटे तक रखा जाता है।

अस्थिरता प्रबंधन

• स्थानीय सांद्रता से बचने के लिए कच्चे माल को वाष्पशील सामग्री के आधार पर मिलाया जाना चाहिए;
• कुशल वाष्पशील निकास सुनिश्चित करने के लिए ऊपरी इन्सुलेशन में वेंटिलेशन छेद प्रदान किए गए हैं;
• अपूर्ण दहन और काले धुएं के उत्पादन को रोकने के लिए, वाष्पशील उत्सर्जन के चरम समय (जैसे, 800-1200 ℃) के दौरान तापन वक्र को धीमा कर दिया जाता है।

III. भट्टी लोडिंग अनुकूलन

समान प्रतिरोध सामग्री वितरण

• कणों के समूह के कारण उत्पन्न होने वाली पूर्वाग्रह धाराओं को रोकने के लिए, प्रतिरोध सामग्री को भट्टी के शीर्ष से अंत तक लंबी लाइन लोडिंग के माध्यम से समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए;
• प्रतिरोध में भिन्नता के कारण स्थानीय स्तर पर अत्यधिक गर्मी से बचने के लिए नए और पुराने क्रूसिबल को उचित रूप से मिलाया जाना चाहिए और उन्हें परतों में एक के ऊपर एक रखने से बचना चाहिए।

सहायक सामग्री का चयन और कण आकार नियंत्रण

• प्रतिरोध में असमानता को कम करने के लिए सहायक सामग्रियों का ≤10% भाग 0-1 मिमी के महीन कणों से बना होना चाहिए;
• अशुद्धियों के अधिशोषण के जोखिम को कम करने के लिए कम राख (<1%) और कम वाष्पशील (<5%) सहायक सामग्रियों को प्राथमिकता दी जाती है।

IV. शीतलन और अनलोडिंग नियंत्रण

प्राकृतिक शीतलन प्रक्रिया

• पानी के छिड़काव द्वारा जबरन शीतलन निषिद्ध है; इसके बजाय, थर्मल तनाव दरार को रोकने के लिए ग्रैब या सक्शन उपकरणों का उपयोग करके सामग्री को परत दर परत हटाया जाता है;
• सामग्री के भीतर क्रमिक तापमान प्रवणता सुनिश्चित करने के लिए शीतलन समय ≥7 दिन होना चाहिए।

अनलोडिंग तापमान और क्रस्ट हैंडलिंग

• जब क्रूसिबल लगभग 150℃ तापमान पर पहुँच जाते हैं तो इष्टतम अनलोडिंग होती है; समय से पहले हटाने से सामग्री का ऑक्सीकरण (विशिष्ट सतह क्षेत्र में वृद्धि) और क्रूसिबल को नुकसान होता है;
• अनलोडिंग के दौरान क्रूसिबल की सतहों पर 1-5 मिमी मोटी परत (जिसमें मामूली अशुद्धियाँ होती हैं) बन जाती है और इसे अलग से संग्रहित किया जाना चाहिए, जबकि योग्य सामग्रियों को शिपमेंट के लिए टन बैग में पैक किया जाना चाहिए।

V. ग्राफ़िटाइज़ेशन डिग्री मापन और गुण सहसंबंध

मापन विधियाँ

• एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी): (002) विवर्तन शिखर स्थिति के माध्यम से अंतरपरत रिक्ति d002 की गणना करता है, जिसमें ग्राफिटाइजेशन डिग्री g को फ्रैंकलिन के सूत्र का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है:

(जहाँ c0​ मापी गई अंतरपरत दूरी है; g=84.05% जब d002​=0.3360nm)।

• रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी: डी-पीक और जी-पीक के तीव्रता अनुपात के माध्यम से ग्राफिटाइजेशन की डिग्री का अनुमान लगाती है।

संपत्ति पर प्रभाव

• ग्राफिटाइजेशन की डिग्री में प्रत्येक 0.1 की वृद्धि प्रतिरोधकता को 30% तक कम कर देती है और थर्मल चालकता को 25% तक बढ़ा देती है;
• अत्यधिक ग्रेफाइटयुक्त सामग्री (>90%) 1.2×10⁵ S/m तक चालकता प्राप्त कर लेती है, हालांकि प्रभाव कठोरता में गिरावट आ सकती है, जिसके लिए प्रदर्शन को संतुलित करने के लिए मिश्रित सामग्री तकनीकों की आवश्यकता होती है।

VI. उन्नत प्रक्रिया पैरामीटर अनुकूलन

उत्प्रेरक ग्राफ़िटाइजेशन

• आयरन/निकल उत्प्रेरक Fe₃C/Ni₃C मध्यवर्ती चरण बनाते हैं, जिससे ग्राफिटाइजेशन तापमान 2200℃ तक कम हो जाता है;
• बोरॉन उत्प्रेरक कार्बन परतों में अंतर्स्थापित होकर व्यवस्था को बढ़ावा देते हैं, जिसके लिए 2300 ℃ तापमान की आवश्यकता होती है।

अति उच्च तापमान ग्राफिटाइजेशन

• प्लाज्मा आर्क हीटिंग (आर्गन प्लाज्मा कोर तापमान: 15,000℃) 3200℃ का सतही तापमान और 99% से अधिक ग्रेफाइटीकरण डिग्री प्राप्त करता है, जो परमाणु-ग्रेड और एयरोस्पेस-ग्रेड ग्रेफाइट के लिए उपयुक्त है।

माइक्रोवेव ग्राफ़िटाइज़ेशन

• 2.45 GHz माइक्रोवेव कार्बन परमाणु कंपन को उत्तेजित करते हैं, जिससे तापमान प्रवणता के बिना 500℃/मिनट की ताप दर संभव हो पाती है, हालांकि यह पतली दीवारों वाले घटकों (<50 मिमी) तक सीमित है।