आइसोट्रोपिक बनाम अनिसोट्रोपिक ग्रेफाइट: आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट का सूक्ष्म "कोड"।

लेखक एस में काम करते हैंएचजे कार्बनके तौर परविशेष ग्रेफाइट समाधान इंजीनियरऔर उनके पास प्रोजेक्ट पर काम करने का 13 साल से अधिक का अनुभव है। वह ग्राहकों का पीछा करता हैवैक्यूम ताप उपचार, परिशुद्धता कास्टिंग, कांच का निर्माणऔररासायनिक उपकरण. वह प्रारंभिक सामग्री चयन और ग्रेड मूल्यांकन से लेकर बाद में साइट पर विफलता विश्लेषण तक पूरी प्रक्रिया में भाग लेता है।

इस पृष्ठभूमि के कारण, यह लेख पाठ्यपुस्तक की तरह नहीं पढ़ा जाता है। यह असली से आता हैफील्ड डेटाऔरप्रतिक्रियाकई अंतिम उपयोगकर्ताओं से. लेखक केवल की प्रणाली पर ध्यान केंद्रित करता हैकृत्रिम ग्रेफाइटऔर इसके चारों ओर एक स्पष्ट संरचना बनाने का प्रयास करता है। उनका लक्ष्य इंजीनियरों को इसके पीछे के सूक्ष्म तर्क को देखने में मदद करना हैआइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिकव्यवहार, ताकि जब वे अपनी परियोजनाओं के लिए अलग-अलग ग्रेफाइट ग्रेड चुनें तो वे बेहतर निर्णय ले सकें।

कृत्रिम ग्रेफाइट के साथ दैनिक कार्य में, कई इंजीनियर कुछ सरल लेकिन बहुत महत्वपूर्ण प्रश्न पूछते हैं:

- क्या आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट का मतलब स्वाभाविक रूप से आइसोट्रोपिक ग्रेफाइट है?

- हम केवल लेबल से नहीं, बल्कि डेटा से आइसोट्रोपिक ग्रेफाइट का आकलन कैसे कर सकते हैं?

- मोल्डेड और एक्सट्रूडेड ग्रेफाइट की अनिसोट्रॉपी वास्तविक उपयोग में प्रमुख गुणों को कैसे बदल देती है?

वृहद स्तर पर, हम विद्युत प्रतिरोधकता, तापीय विस्तार का गुणांक, शक्ति और तापीय चालकता जैसी संख्याएँ देखते हैं। सूक्ष्म स्तर पर, ये संख्याएँ कोक अनाज के आकार, उनके अभिविन्यास और की डिग्री से आती हैंरेखांकन. इस अर्थ में, प्रत्येक ब्लॉककृत्रिम ग्रेफाइटअंदर एक प्रकार का "माइक्रो कोड" होता है। निम्नलिखित अनुभागों में, हम कृत्रिम ग्रेफाइट के निर्माण से शुरू करते हैं और इस सूक्ष्म कोड को चरण दर चरण डिकोड करते हैं।

कृत्रिम ग्रेफाइटआम तौर पर इसका मतलब थोक ठोस सामग्री से है जो समुच्चय के रूप में कम {{0}अशुद्धता वाले कार्बन कच्चे माल का उपयोग करते हैं, जैसे कि उच्च गुणवत्ता वाला कैलक्लाइंड पेट्रोलियम कोक। कोयला पिच या इसी तरह की सामग्री बाइंडर के रूप में काम करती है। बैचिंग, मिश्रण, गठन, कार्बोनाइजेशन और ग्रेफाइटाइजेशन के बाद, हमें ठोस ग्रेफाइट ब्लॉक मिलते हैं। विशिष्ट उत्पादों में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड, आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट, मोल्डेड ग्रेफाइट और एक्सट्रूडेड ग्रेफाइट शामिल हैं।

एक सामान्य प्रक्रिया मार्ग इस प्रकार दिखता है:

1) मुख्य कच्चे माल के रूप में पाउडर, उच्च गुणवत्ता वाले कैलक्लाइंड पेट्रोलियम कोक का उपयोग करें।

2) बाइंडर के रूप में कोयला पिच जोड़ें और थोड़ी मात्रा में अन्य एडिटिव्स मिलाएं।

3) मिश्रण को गूंथ लें और इसे हरे रंग में दबा दें।

4) गैर-ऑक्सीकारक वातावरण में शरीर को 2500-3000 डिग्री पर गर्म करें। यह चरण संरचना को ग्रेफाइट में बदल देता है और एक स्थिर ग्रेफाइट क्रिस्टल नेटवर्क बनाता है।

इस प्रक्रिया ढांचे के तहत, विभिन्न निर्माण विधियां-आइसोस्टैटिक दबाव, मोल्डिंग और एक्सट्रूज़न- अंतिम सामग्री में बहुत अलग अनिसोट्रोपिक विशेषताएं बनाते हैं। इंजीनियर अक्सर इलाज करते हैंआइसोस्टैटिक ग्रेफाइटके विशिष्ट रूप के रूप मेंआइसोट्रोपिक ग्रेफाइट, जबकि ढाला और निकाला गया ग्रेफाइट स्पष्ट अनिसोट्रॉपी दिखाता है।

मैक्रो गुणों में अंतर सीधे प्रक्रिया और माइक्रोस्ट्रक्चर के इस संयोजन से आता है।

यदि हम केवल मैक्रो डेटा को देखते हैं जब हमकृत्रिम ग्रेफाइट का मूल्यांकन करें, हम एक बुनियादी तथ्य को नजरअंदाज कर सकते हैं। सामग्री एक समान काला ब्लॉक नहीं है. इसमें अनगिनत कोक अनाज एक साथ पैक किए गए हैं।माइक्रोक्रिस्टल स्तर पर, हम ग्रेफाइट को कई कोक अनाजों के संग्रह के रूप में मान सकते हैं। ये अनाज अक्सर सुई कोक या इसी तरह के कच्चे माल से आते हैं। इनका आकार लम्बे दानों जैसा दिखता है।

हम एक साधारण छवि, "चावल और बाल्टी" मॉडल का उपयोग कर सकते हैं:

- नीडल कोक के प्रत्येक टुकड़े को चावल के एक दाने के समान समझें।

- मोल्ड या कंटेनर को ग्रेफाइट ब्लॉक के अंतिम आकार के रूप में मानें।

- इन "चावल के दानों" को "बाल्टी" में डालें, उन्हें पिच जैसे बाइंडर के साथ मिलाएं और बाहर से दबाव डालें।

- दबाने और बाद में ताप उपचार के बाद, आपको "बाल्टी" के समान आकार का एक बड़ा कृत्रिम ग्रेफाइट बॉडी मिलता है।

यदि हम इसे गुरुत्वाकर्षण की दिशा से देखें तो हमें एक और प्रभाव दिखाई देता है। निपटान के दौरान, कई कोक के दाने कुछ पसंदीदा दिशा में संरेखित होते हैं, जैसे चावल के दाने एक बाल्टी में उसी तरह से पड़े होते हैं। यह पसंदीदा अनाज अभिविन्यास मोल्डेड और एक्सट्रूडेड उत्पादों में बहुत स्पष्ट हो जाता है और अंतिम ग्रेफाइट में स्पष्ट अनिसोट्रॉपी की ओर ले जाता है।

आइसोस्टैटिक प्रक्रिया का लक्ष्य इस पसंदीदा अभिविन्यास को कम करना है। यह तीन दिशाओं में लगभग समान दबाव लागू करता है और कोक अनाज को अधिक यादृच्छिक स्थानिक वितरण की ओर धकेलता है। इस तरह, सामग्री आइसोट्रोपिक ग्रेफाइट के करीब चली जाती है। लेकिन "आइसोट्रॉपी के पास" का मतलब यह नहीं है कि प्रत्येक डेटा बिंदु हर दिशा में बिल्कुल समान है। यह अगले प्रश्न की ओर ले जाता है।

वास्तविक इंजीनियरिंग कार्य में, आइसोट्रोपिक ग्रेफाइट का मतलब यह नहीं है कि सभी मापा गुण हर दिशा में समान मूल्य रखते हैं। उद्योग में लोग अक्सर अधिक व्यावहारिक पद्धति का उपयोग करते हैं। वे एक नमूने को दो लंबवत दिशाओं में मापते हैं, उदाहरण के लिए, लंबाई दिशा के साथ और चौड़ाई या व्यास दिशा के साथ। फिर वे विद्युत प्रतिरोधकता और थर्मल विस्तार के गुणांक जैसे गुणों के अनुपात को देखते हैं।

का एक आयताकार ब्लॉक लें आइसोस्टैटिक ग्रेफाइटउदाहरण के तौर पर. हम एक परीक्षण सतह लंबाई की दिशा में और एक परीक्षण सतह चौड़ाई दिशा में लेते हैं। परीक्षण डेटा का एक विशिष्ट सेट इस तरह दिख सकता है:

कई कारखानों और अनुप्रयोगों में, जब एक का प्रतिरोधकता अनुपातआइसोस्टैटिक ग्रेफाइटग्रेड 1.0 और 1.1 के बीच रहता है, इंजीनियर इस ग्रेड को आइसोट्रोपिक मानते हैं। यदि अनुपात 1.1 से अधिक हो जाता है, तो वे इसे अनिसोट्रोपिक मानते हैं। उन अनुप्रयोगों के लिए जो थर्मल या मैकेनिकल व्यवहार के बारे में अधिक परवाह करते हैं, वे इसी तरह से सीटीई या ताकत के अनुपात का उपयोग कर सकते हैं।

यह उदाहरण दो महत्वपूर्ण संदेश भी देता है:

- आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट में अभी भी कुछ सूक्ष्म दिशात्मक विशेषताएं हैं। यह प्रक्रिया इन सुविधाओं को केवल एक छोटी सीमा तक सीमित करती है।

- आइसोट्रॉपी का इंजीनियरिंग अर्थ यह है कि प्रमुख गुण एक स्वीकार्य सीमा के भीतर अलग-अलग दिशाओं में काफी करीब रहते हैं। इसका मतलब सख्त गणितीय अर्थ में पूर्ण समानता नहीं है।

तो, वास्तविक उपयोग में:

- यदि आपको बहुत उच्च आयामी स्थिरता या बहुत समान वर्तमान वितरण की आवश्यकता है, तो आपको इन अनुपातों पर बारीकी से ध्यान देना चाहिए।

- यदि आपकी प्रक्रिया किसी एक संपत्ति के प्रति बहुत संवेदनशील है, तो आप केवल एक औसत मूल्य को देखने के बजाय महत्वपूर्ण दिशा में डेटा पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं।