Գրաֆիտացումը արտադրական գործընթացի հիմնական օղակն է։ Ո՞րն է դրա սկզբունքը։

Գրաֆիտացման սկզբունքը ներառում է բարձր ջերմաստիճանային ջերմային մշակում (2300–3000°C), որը առաջացնում է ամորֆ, անկարգ ածխածնի ատոմների վերադասավորում՝ թերմոդինամիկորեն կայուն եռաչափ կարգավորված գրաֆիտային բյուրեղային կառուցվածքի մեջ: Այս գործընթացի միջուկը կայանում է վեցանկյուն ցանցի վերակառուցման մեջ՝ ածխածնի ատոմների SP² հիբրիդացման միջոցով, որը կարելի է բաժանել երեք փուլի՝

Միկրոբյուրեղային աճի փուլ (1000–1800°C):
Այս ջերմաստիճանային տիրույթում ածխածնային նյութի մեջ առկա խառնուրդները (օրինակ՝ ցածր հալման կետ ունեցող մետաղները, ծծումբը և ֆոսֆորը) սկսում են գոլորշիանալ և ցնդել, մինչդեռ ածխածնային շերտերի հարթ կառուցվածքը աստիճանաբար ընդարձակվում է: Միկրոբյուրեղների բարձրությունը սկզբնական մոտ 1 նանոմետրից մեծանում է մինչև 10 նանոմետր, հիմք դնելով հետագա կարգավորման համար:

Եռաչափ կարգավորման փուլ (1800–2500°C):
Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց, ածխածնային շերտերի միջև անհամապատասխանությունները նվազում են, և շերտերի միջև հեռավորությունը աստիճանաբար նեղանում է մինչև 0.343–0.346 նանոմետր (մոտենալով 0.335 նանոմետր իդեալական գրաֆիտային արժեքին): Գրաֆիտացման աստիճանը 0-ից բարձրանում է մինչև 0.9, և նյութը սկսում է ցուցաբերել գրաֆիտի առանձնահատուկ բնութագրեր, ինչպիսիք են զգալիորեն բարելավված էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակությունը:

Բյուրեղային կատարելության փուլ (2500–3000°C):
Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում միկրոբյուրեղները ենթարկվում են վերադասավորման, և ցանցի արատները (օրինակ՝ դատարկությունները և դիսլոկացիաները) աստիճանաբար վերականգնվում են, գրաֆիտացման աստիճանը մոտենում է 1.0-ի (իդեալական բյուրեղ): Այս պահին նյութի էլեկտրական դիմադրությունը կարող է նվազել 4-5 անգամ, ջերմային հաղորդունակությունը բարելավվում է մոտավորապես 10 անգամ, գծային ընդարձակման գործակիցը նվազում է 50-80%-ով, և քիմիական կայունությունը զգալիորեն բարելավվում է:

Բարձր ջերմաստիճանի էներգիայի մուտքը գրաֆիտացման հիմնական շարժիչ ուժն է, որը հաղթահարում է ածխածնի ատոմի վերադասավորման էներգետիկ արգելքը և հնարավորություն է տալիս անցում կատարել անկարգ կառուցվածքից կարգավորվածի: Բացի այդ, կատալիզատորների (օրինակ՝ բոր, երկաթ կամ ֆերոսիլիցիում) ավելացումը կարող է իջեցնել գրաֆիտացման ջերմաստիճանը և նպաստել ածխածնի ատոմի դիֆուզիային և ցանցի ձևավորմանը: Օրինակ, երբ ֆերոսիլիցիումը պարունակում է 25% սիլիցիում, գրաֆիտացման ջերմաստիճանը կարող է նվազել 2500–3000°C-ից մինչև 1500°C, միաժամանակ առաջացնելով վեցանկյուն սիլիցիումի կարբիդ՝ գրաֆիտի ձևավորմանը նպաստելու համար:

Գրաֆիտացման կիրառական արժեքը արտացոլվում է նյութական հատկությունների համապարփակ բարելավման մեջ.

• Էլեկտրահաղորդականություն. Գրաֆիտացումից հետո նյութի էլեկտրական դիմադրությունը զգալիորեն նվազում է, ինչը այն դարձնում է միակ ոչ մետաղական նյութը, որն ունի գերազանց էլեկտրահաղորդականություն։
• Ջերմահաղորդականություն. Ջերմահաղորդականությունը բարելավվում է մոտ 10 անգամ, ինչը այն հարմար է դարձնում ջերմային կառավարման կիրառությունների համար։
• Քիմիական կայունություն. բարելավվում է օքսիդացման և կոռոզիայի դիմադրությունը, ինչը երկարացնում է նյութի ծառայության ժամկետը։
• Մեխանիկական հատկություններ. Չնայած ամրությունը կարող է նվազել, ծակոտիների կառուցվածքը կարող է բարելավվել ներծծման, խտության և մաշվածության դիմադրության բարձրացման միջոցով։
• Մաքրության բարձրացում. Խառնուրդները գոլորշիանում են բարձր ջերմաստիճաններում, նվազեցնելով արտադրանքի մոխրի պարունակությունը մոտ 300 անգամ և բավարարելով բարձր մաքրության պահանջները:

Օրինակ՝ լիթիում-իոնային մարտկոցների անոդային նյութերում գրաֆիտացումը սինթետիկ գրաֆիտային անոդների պատրաստման հիմնական քայլն է: Գրաֆիտացման մշակման միջոցով անոդային նյութերի էներգիայի խտությունը, ցիկլի կայունությունը և արագության ցուցանիշները զգալիորեն բարելավվում են, ինչը անմիջականորեն ազդում է մարտկոցի ընդհանուր աշխատանքի վրա: Որոշ բնական գրաֆիտներ նաև ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանային մշակման՝ գրաֆիտացման աստիճանը հետագայում բարձրացնելու համար, այդպիսով օպտիմալացնելով էներգիայի խտությունը և լիցքաթափման արդյունավետությունը: