නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේ මූලික පුරුකක් වන්නේ ග්‍රැෆිටීකරණයයි. එහි මූලධර්මය කුමක්ද?

ග්‍රැෆිටයිසේෂන් මූලධර්මයට අධි-උෂ්ණත්ව තාප පිරියම් කිරීම (2300–3000°C) ඇතුළත් වන අතර එමඟින් අස්ඵටික, අක්‍රමික කාබන් පරමාණු තාප ගතිකව ස්ථායී ත්‍රිමාණ ඇණවුම් කළ ග්‍රැෆයිට් ස්ඵටික ව්‍යුහයක් බවට නැවත සකස් කිරීම ප්‍රේරණය කරයි. මෙම ක්‍රියාවලියේ හරය පවතින්නේ කාබන් පරමාණුවල SP² දෙමුහුන්කරණය හරහා ෂඩාස්‍රාකාර දැලිසක් ප්‍රතිනිර්මාණය කිරීම තුළ වන අතර එය අදියර තුනකට බෙදිය හැකිය:

ක්ෂුද්‍ර ස්ඵටික වර්ධන අවධිය (1000–1800°C):
මෙම උෂ්ණත්ව පරාසය තුළ, කාබන් ද්‍රව්‍යවල ඇති අපද්‍රව්‍ය (අඩු ද්‍රවාංක ලෝහ, සල්ෆර් සහ පොස්පරස් වැනි) වාෂ්ප වී වාෂ්ප වීමට පටන් ගන්නා අතර කාබන් ස්ථරවල තල ව්‍යුහය ක්‍රමයෙන් ප්‍රසාරණය වේ. ක්ෂුද්‍ර ස්ඵටිකවල උස ආරම්භක ~1 නැනෝමීටරයේ සිට නැනෝමීටර 10 දක්වා වැඩි වන අතර, පසුව ඇණවුම් කිරීම සඳහා අඩිතාලම දමයි.

ත්‍රිමාණ ඇණවුම් කිරීමේ අදියර (1800–2500°C):
උෂ්ණත්වය ඉහළ යන විට, කාබන් ස්ථර අතර නොගැලපීම් අඩු වන අතර, අන්තර් ස්ථර පරතරය ක්‍රමයෙන් නැනෝමීටර 0.343–0.346 දක්වා පටු වේ (නැනෝමීටර 0.335 ක පරමාදර්ශී මිනිරන් අගයට ළඟා වේ). ග්‍රැෆිටීකරණ උපාධිය 0 සිට 0.9 දක්වා වැඩි වන අතර, ද්‍රව්‍යය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු කරන ලද විද්‍යුත් සහ තාප සන්නායකතාවය වැනි සුවිශේෂී මිනිරන් ලක්ෂණ ප්‍රදර්ශනය කිරීමට පටන් ගනී.

ස්ඵටික පරිපූර්ණතා අවධිය (2500–3000°C):
ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, ක්ෂුද්‍ර ස්ඵටික නැවත සකස් කිරීමකට භාජනය වන අතර, දැලිස් දෝෂ (පුරප්පාඩු සහ විස්ථාපනය වැනි) ක්‍රමයෙන් අලුත්වැඩියා කරනු ලැබේ, ග්‍රැෆිටයිලේෂන් උපාධිය 1.0 (පරමාදර්ශී ස්ඵටික) කරා ළඟා වේ. මෙම අවස්ථාවේදී, ද්‍රව්‍යයේ විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධය 4-5 ගුණයකින් අඩු විය හැකිය, තාප සන්නායකතාවය ආසන්න වශයෙන් 10 ගුණයකින් වැඩි දියුණු වේ, රේඛීය ප්‍රසාරණ සංගුණකය 50-80% කින් පහත වැටේ, සහ රසායනික ස්ථායිතාව සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු වේ.

කාබන් පරමාණු නැවත සකස් කිරීම සඳහා ශක්ති බාධකය ජය ගනිමින් සහ අක්‍රමිකතාවයෙන් යුත් ව්‍යුහයකින් අනුපිළිවෙලට සකස් කරන ලද ව්‍යුහයකට සංක්‍රමණය වීමට ඉඩ සලසන, ග්‍රැෆිටයිසේෂන් සඳහා ප්‍රධාන ගාමක බලවේගය වන්නේ අධි-උෂ්ණත්ව ශක්තියේ ආදානයයි. ඊට අමතරව, උත්ප්‍රේරක (බෝරෝන්, යකඩ හෝ ෆෙරෝසිලිකන් වැනි) එකතු කිරීමෙන් ග්‍රැෆිටයිසේෂන් උෂ්ණත්වය අඩු කළ හැකි අතර කාබන් පරමාණු විසරණය සහ දැලිස් සෑදීම ප්‍රවර්ධනය කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, ෆෙරෝසිලිකන් වල 25% සිලිකන් අඩංගු වන විට, ග්‍රැෆිටයිසේෂන් උෂ්ණත්වය 2500–3000°C සිට 1500°C දක්වා අඩු කළ හැකි අතර, ග්‍රැෆයිට් සෑදීමට සහාය වීම සඳහා ෂඩාස්‍රාකාර සිලිකන් කාබයිඩ් ජනනය කරයි.

ග්‍රැෆිටීකරණයේ යෙදුම් වටිනාකම ද්‍රව්‍යමය ගුණාංගවල පුළුල් වැඩිදියුණු කිරීම තුළින් පිළිබිඹු වේ:

• විද්‍යුත් සන්නායකතාවය: ග්‍රැෆිටීකරණයෙන් පසු, ද්‍රව්‍යයේ විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වන අතර, එය විශිෂ්ට විද්‍යුත් සන්නායකතාවක් ඇති එකම ලෝහමය නොවන ද්‍රව්‍යය බවට පත්වේ.
• තාප සන්නායකතාවය: තාප සන්නායකතාවය ආසන්න වශයෙන් 10 ගුණයකින් වැඩි දියුණු වන අතර, එය තාප කළමනාකරණ යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ.
• රසායනික ස්ථායිතාව: ඔක්සිකරණ ප්‍රතිරෝධය සහ විඛාදන ප්‍රතිරෝධය වැඩි දියුණු කර ඇති අතර, එමඟින් ද්‍රව්‍යයේ සේවා කාලය දීර්ඝ වේ.
• යාන්ත්‍රික ගුණාංග: ශක්තිය අඩු විය හැකි වුවද, කාවැද්දීම, ඝනත්වය වැඩි කිරීම සහ ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය වැඩි කිරීම මගින් සිදුරු ව්‍යුහය වැඩිදියුණු කළ හැකිය.
• සංශුද්ධතාවය වැඩි දියුණු කිරීම: අපද්‍රව්‍ය ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී වාෂ්ප වී යන අතර, නිෂ්පාදන අළු ප්‍රමාණය ආසන්න වශයෙන් 300 ගුණයකින් අඩු කරන අතර ඉහළ සංශුද්ධතාවයේ අවශ්‍යතා සපුරාලයි.

උදාහරණයක් ලෙස, ලිතියම්-අයන බැටරි ඇනෝඩ ද්‍රව්‍යවල, ග්‍රැෆිටයිසේෂන් යනු කෘතිම ග්‍රැෆයිට් ඇනෝඩ සකස් කිරීමේදී මූලික පියවරකි. ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ප්‍රතිකාරය හරහා, ඇනෝඩ ද්‍රව්‍යවල ශක්ති ඝනත්වය, චක්‍ර ස්ථායිතාව සහ අනුපාත ක්‍රියාකාරිත්වය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු වන අතර එය සමස්ත බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වයට සෘජුවම බලපායි. සමහර ස්වාභාවික ග්‍රැෆයිට් එහි ග්‍රැෆිටයිසේෂන් උපාධිය තවදුරටත් වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිකාරයකට භාජනය වන අතර එමඟින් ශක්ති ඝනත්වය සහ ආරෝපණ-විසර්ජන කාර්යක්ෂමතාව ප්‍රශස්ත කරයි.