عملية الجرافيت

عملية الجرافيت هي عملية معالجة حرارية بالتسخين، وفي عملية الجرافيت لكل مرحلة درجة حرارة، هناك امتصاص للحرارة وعملية طاردة للحرارة، ويمكن تقسيمها إلى المراحل الثلاث التالية:

المرحلة الأولى (1000 ~ 1800 ℃): في درجة حرارة أعلى من التحميص، تفرز المنتجات المزيد من المكونات المتطايرة، وجميع السلسلة الأليفاتية المتبقية، ورابطة C-H وC = 0، وما إلى ذلك في نموذج درجة الحرارة هذا داخل الكسر المتتالي المحلي؛ كما يتم تفريغ بنية الطبقة الفوضوية بين طبقات ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت وما إلى ذلك، أو جزيئات بسيطة من المونومرات (CH وCO وCO2 وما إلى ذلك) في هذا الوقت. جزء من التشتت الفوضوي للجزيئات المستوية المدمجة في جزيء كبير في عملية امتصاص الحرارة في منطقة درجة الحرارة هذه هو في الأساس استمرار للتفاعل الكيميائي. وفي الوقت نفسه، هناك أيضًا عمليات فيزيائية تتجلى في اختفاء جزء من الحدود البلورية الدقيقة، والطاقة البينية الأصلية في شكل إطلاق حرارة، كقوة دافعة لتعزيز ترتيب الشبكة السداسية الكربونية. من خلال تحليل الأشعة السينية، يمكن ملاحظة أنه في هذا النطاق من درجات الحرارة، يتم تكديس ذرات الكربون على مستوى زيادة كبيرة في ترتيبها المنظم في المستوى ثنائي الأبعاد، ولا يتجاوز حجم المستوى ثنائي الأبعاد 8 نانومتر، ولا يزال الجزيء الكبير عبارة عن بنية طبقية فوضوية.

المرحلة الثانية (1800~2400K): هناك حالتان في هذه المرحلة، إحداهما أنه مع ارتفاع درجة الحرارة، يحصل النظام على المزيد من الطاقة. يزداد تردد الاهتزاز الحراري لذرات الكربون، وتزداد السعة، وفقًا لقانون الحد الأدنى للطاقة الحرة، ويكون مستوى الشبكة للترتيب ثلاثي الأبعاد لهيكل الجرافيت مفرطًا، وتقل المسافة بين الطبقات. وفي الوقت نفسه، تزداد سعة ذرات الكربون على طول الاتجاه الموازي للشبكة المستوية، وتختفي خطوط الخلع وحدود الحبوب على المستوى البلوري تدريجيًا، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة الكامنة. إلى 2000 كلفن، سيستمر اكتساب إنتروبيا النظام إلى أدنى نقطة، وسيستمر إلى 2000 كلفن فوق منحنى فرق الإنتروبيا الموضح في الشكل (13-6). في طيف حيود الأشعة السينية للجرافيت المُعالج بالحرارة، ظهر تدريجيًا خط حاد نسبيًا (hko) و(001) وبعض الخطوط (hkl)، مما ثبت أنه نفذ الترتيب ثلاثي الأبعاد، وهو نوع من إطلاق الطاقة الداخلية لعملية التلدين؛ تفاعل موازٍ آخر، في درجتي حرارة 2000-2400 كلفن، بعض الشوائب تُولّد الكربيد (كربيد السيليكون بشكل أساسي)، وفي درجة الحرارة الأعلى التالية يتحلل إلى بخار معدني وجرافيت. بالإضافة إلى ذلك، عند درجة حرارة 2400 كلفن تقريبًا، يبدأ الكربون في التبخر وتظهر عيوب حرارية، وكلها تستهلك طاقة. ونظرًا لأن هذه العمليات تحدث بشكل متكرر بين درجتي حرارة 2000 و2400 كلفن، فإن النظام يمتص الطاقة الحرارية، مما يتجلى في زيادة متجددة في الإنتروبيا.

        المرحلة الثالثة (فوق 2400 كلفن): فحم الكوك البترولي العام وفحم الكوك الإسفلتي وغيرها من الكربون سهل الجرافيت عند درجة حرارة 2400 كلفن، وينمو اتجاه المحور أ للحبيبات إلى متوسط ​​10 ~ 150 نانومتر، ويصل اتجاه المحور ج إلى حوالي 60 طبقة (حوالي 20 نانومتر). بسبب ترتيب المرحلة العليا، يحدث انكماش الحبوب وتتوسع الفجوة البينية للحبيبات. إذا كانت آلية نمو الحبوب التي نوقشت أعلاه، حتى لو استمرت في زيادة درجة حرارة الخزانة، فإن الحبوب لا يمكن أن تكون قريبة من بعضها البعض، ولا يمكن ربطها في حبة أكبر، ويعتمد نمو الحبوب على آلية جديدة لتحقيقها، وهي عملية إعادة البلورة.

إن عملية إعادة التبلور هذه، من ناحية، هي حركة جزيئات الكربون المستوية داخل أو بين جزيئات ذرات الكربون، وتنقية الشبكة وترتيبها ثلاثي الأبعاد، ومن ناحية أخرى، في درجات الحرارة العالية التي تزيد عن 2400 كلفن، فإن معدل تبخر مادة الكربون مع زيادة درجة الحرارة بشكل كبير.

تمت الترجمة باستخدام DeepL.com (النسخة المجانية)