Третманот за графитизација обично бара високи температури кои се движат од 2300 до 3000℃, а неговиот основен принцип е трансформација на јаглеродни атоми од неуреден распоред во подредена графитна кристална структура преку термичка обработка на висока температура. Подолу е дадена детална анализа:
I. Температурен опсег за конвенционален третман со графитизација
A. Основни температурни барања
Конвенционалната графитизација бара покачување на температурата во опсег од 2300 до 3000℃, каде што:
- 2500℃ означува клучна пресвртница, при која меѓуслојното растојание на јаглеродните атоми значително се намалува, а степенот на графитизација брзо се зголемува;
- Над 3000℃, промените стануваат постепени, а графитниот кристал се приближува кон совршенство, иако понатамошните зголемувања на температурата даваат намалени маргинални подобрувања во перформансите.
Б. Влијание на разликите во материјалите врз температурата
- Лесни за графитизација јаглероди (на пр., нафтен кокс): Влегуваат во фаза на графитизација на 1700℃, со значително зголемување на степенот на графитизација на 2500℃;
- Тешко графитизирачки јаглероди (на пр., антрацит): Потребни се повисоки температури (приближно 3000℃) за да се постигне слична трансформација.
II. Механизам преку кој високите температури го поттикнуваат подредувањето на јаглеродните атоми
A. Фаза 1 (1000–1800℃): Испарлива емисија и дводимензионално подредување
- Алифатичните синџири, CH и врските C=O се распаѓаат, ослободувајќи водород, кислород, азот, сулфур и други елементи во форма на мономери или едноставни молекули (на пр., CH₄, CO₂);
- Слоевите на јаглеродните атоми се шират во дводимензионалната рамнина, при што микрокристалната висина се зголемува од 1 nm на 10 nm, додека меѓуслојното натрупување останува во голема мера непроменето;
- И ендотермните (хемиски реакции) и егзотермните (физички процеси, како што е ослободувањето на меѓуфазна енергија од исчезнувањето на микрокристалните граници) процеси се случуваат истовремено.
Б. Фаза 2 (1800–2400℃): Тродимензионално подредување и поправка на границите на зрната
- Зголемените фреквенции на термички вибрации на јаглеродните атоми ги поттикнуваат да преминат во тридимензионални аранжмани, регулирани со принципот на минимална слободна енергија;
- Дислокациите и границите на зрната на кристалните рамнини постепено исчезнуваат, што се потврдува со појавата на остри (hko) и (001) линии во спектрите на дифракција на Х-зраци, потврдувајќи го формирањето на тридимензионални подредени аранжмани;
- Некои нечистотии формираат карбиди (на пр., силициум карбид), кои се распаѓаат во метални пареи и графит на повисоки температури.
C. Фаза 3 (над 2400℃): Раст на зрната и рекристализација
- Димензиите на зрната се зголемуваат по должината на a-оската до просек од 10–150 nm и по должината на c-оската до приближно 60 слоеви (околу 20 nm);
- Јаглеродните атоми се подложуваат на рафинирање на решетката преку внатрешна или меѓумолекуларна миграција, додека стапката на испарување на јаглеродните супстанции се зголемува експоненцијално со температурата;
- Размена на активна материја се јавува помеѓу цврстата и гасната фаза, што резултира со формирање на високо наредена графитна кристална структура.
III. Оптимизација на температурата преку специјални процеси
A. Каталитичка графитизација
Додавањето на катализатори како што се железо или феросилициум може значително да ги намали температурите на графитизација на опсег од 1500–2200℃. На пример:
- Феросилициумскиот катализатор (содржина на силициум од 25%) може да ја намали температурата од 2500–3000℃ на 1500℃;
- BN катализаторот може да ја намали температурата под 2200℃, а воедно да ја подобри ориентацијата на јаглеродните влакна.
Б. Графитизација на ултра висока температура
Користен за апликации со висока чистота како што се графит од нуклеарен и воздухопловен квалитет, овој процес користи среднофреквентно индукциско греење или греење со плазма лак (на пр., температури на јадрото на аргонската плазма достигнуваат 15.000℃) за да се постигнат површински температури над 3200℃ на производите;
- Степенот на графитизација надминува 0,99, со екстремно ниска содржина на нечистотии (содржина на пепел < 0,01%).
IV. Влијание на температурата врз ефектите на графитизација
A. Отпорност и топлинска спроводливост
За секое зголемување од 0,1 на степенот на графитизација, отпорноста се намалува за 30%, а топлинската спроводливост се зголемува за 25%. На пример, по третман на 3000℃, отпорноста на графитот може да падне на 1/4–1/5 од неговата почетна вредност.
Б. Механички својства
Високите температури го намалуваат меѓуслојното растојание на графитот до речиси идеални вредности (0,3354 nm), значително подобрувајќи ја отпорноста на термички шок и хемиската стабилност (со намалување на коефициентот на линеарна експанзија од 50%–80%), а исто така даваат и подмачкување и отпорност на абење.
C. Зголемување на чистотата
На 3000℃, хемиските врски во 99,9% од природните соединенија се распаѓаат, дозволувајќи нечистотиите да се ослободат во гасовита форма и резултирајќи со чистота на производот од 99,9% или поголема.
Време на објавување: 11 септември 2025 година