CC BY
0УДК 611.666.2
МАХДЛЛИЙ ХОМ АШЁ АСОСИДА ОЛИНГАН АМОРФ УГЛЕРОДЛИ МАТЕРИАЛЛАРНИ ЮЦОРИ ^АРОРАТЛАРДА ГРАФИТЛАШ ТЕХНОЛОГИЯСИНИ ИШЛАБ ЧЩИШ
Убайдуллаев Мамасидик Махамматсолиевич НамМКИ, т.ф.б.ф.д PhD. [email protected], tel:+99(891)1832996
Шакиров Шухрат Мусаевич ТошДТУ, т.ф.б.ф.д. доцент, goldstar [email protected], tel:+99(893)5656793
Абдуллаев Камол Х,акимович НамМКИ, т.ф.н. доцент, [email protected], tel:+99(890)7410545
Пармонов Сарвар Тошпулатович ТошДТУ Олмалик филали, т.ф.б.ф.д. доцент, [email protected], tel:+99(894)2240005
Аннотация: Маколада махдллий хомашё асосида олинган нефт кокси + меласса таркибли аморф углеродли материал намуналарини юкори хдроратларда, урта вакуум мух,итида, махсус лаборатрия печида графитлаш жараёнидан утказилиб ва уларда х,осил булган графитланиш даражаси урганилди хдмда графит кристалл микдорларини х,осил булиши буйича тахдилий натижалар келтирилган.
Аннотация: В статье расематриваются образцы аморфного углеродного материала, содержащего нефтяной кокс + меласса, полученные на основе местного сырье. Также изучена образующаяся в них графитизация и представлены аналитические результаты по образованию количеств кристаллов графита.
Abstract: In the article, samples of amorphous carbon material containing petroleum coke + molasses obtained on the basis of local raw materials were subjected to the graphitization process at high temperatures, in a medium vacuum environment, in a special laboratory furnace, and the degree of graphitization formed in them was studied, and the analytical results on the formation of graphite crystal quantities were presented.
Калит сузлар: технология, углеграфит, графит, кокс, нефт, электротехника, меласса, графитланиш даражаси, солиштирма каршилик, зичлик, смола, вольтметр, термопара, анизотропия.
Ключевые слова: технология, углеграфит, графит, кокс, нефть, электротехника, патока, степень графитизации, удельное сопротивление, плотность, пек, вольтметр, термопара, анизотропия.
Keywords: technology, carbon graphite, graphite, coke, oil, electrical engineering, molasses, degree of graphitization, specific resistance, density, pitch, voltmeter, thermocouple, anisotropy.
Максади. Махдллий хом ашё асосида олинган аморф углеродли материалларни графитлаш технологиясини назарий асослари ва материални турли хдроратларда киздириш натижасида вактга боглик х,олда графитланиш даражасини узгариши буйича синов жараёнларини утказишдан иборат.
Усуллари. Тажриба Тошкент давлат техника университетидаги юкори вакуум мух,итида ишловчи печда олиб борилди. Нефт кокси ва меласса таркибли аморф углеродли материал намуналарини 1600....2500 оС хдроратларда 1 соат мобайнида
кидириш натижасида графит кристалларини хосил булиши урганилди. ^издириш жараёнлари 10-3 вакуум мухитида амалга оширилди. Графитланиш даражасини аниклаш "MiniFlex 600" рентгенли дифрактометрида (ХЯС) амалга оширилди.
Натижалари. Олинган натижаларга кура, харорат ошиб бориши билан намуналарни графитланиш даражаси хам ортиб борди. Бунда 1 соат давомида 1600 оС хароратда намунанинг графитланиш даражаси 17%, 1800 оС хароратда 22%, 2200 оС хароратда 45% ва 2500 оС хароратда 58% ни ташкил этди.
Хулоса. Олинган экспериментал натижалар тахлилидан келиб чикиб, махаллий хом ашё асосли аморф углеродли материалларни 2500 оС хдроратда 1 соат давомида ишлов бериш, намуналарни хажми буйича тулик графитланишига етарли булмаганлиги аникланди.
Кириш.
Маълумки углеродли материалларни графитланиш даражасини рентгенограммадаги текисликлараро масофани камайиши ёки турли чизикларни жадаллашиш нисбати буйича ёки материал кристалларни улчами билан бахоланади[1].
Углеродли материалларни графитланиш даражаси устида олимлар томонидан олиб борилган тадкикотлар натижасига кура аморф углеродни графитланиш даражаси биринчи навбатда хароратга боглик[2, 3]. Бунда аморф углеродни графитланиш даражаси узгармас хароратда белгиланган чегарагача боради[4-7]. Бирок бир катор адабиётларда келтирилган маълумотларга кура, аморф углеродни графитланиш жараёнининг кинетик тадкикотлари шуни курсатдики, аморф углеродни графитланиши жараённи хароратдан ташкари жараённинг давомийлигига боглик булади. Олимлар томонидан олиб борилган хисоб -китобларга кура, нефт коксини графитлаш жараёнидан утказиш учун 2420 оС харорат етарли булади. Бошка пастрок хароратларда ушбу натижага эришиш учун нефт коксини 2150 оС да 13 соат, 1900 оС да бир ой, 1500 оС да 1,5 йил, 1000 оС да 3200 йил керак булади[8-10].
Углеродли материалларни юкори хароратларда ишлов беришда уларнинг хоссаларини узгаришини кузатиш кийин. Одатда углеродли материалларни хоссаларини тадкик килишда олдин аморф углерод юкори хароратда ишлов берилади кейин намуна тулик совитиггандан сунг утказилади бу эса тадкикот жараёнини янада мураккаблаштириш ва бир катор ноаникликларни келтириб чикариши мумкин[11-14].
Усуллари.
Махаллий хомашёдан тайёрланган кокс+меласса таркибли, улчами: ташки диаметри 96 мм, ички диаметри 76 мм, баландлиги 240 мм улчамли труба шаклига эга булган намунани графитлаш жараёнини печда 1600...2500 0С хароратларда ва шу хароратларнинг хар бир кийматида 1 соат ушлаб туриш оркали амалга оширдик.
Махсус лаборатория печи кукун металлургияси усулида тайёрланган намуналарни юкори вакуумда ёки химояловчи газ мухитида 2500 оС хароратгача киздириб пиширишга мулжалланган. Печни ташки кисми икки каватли пулат листдан тайёрланган булиб, печь кизиб кетмаслиги учун листлар орасидан сув утказиб доимий равишда совутиб турилади[ 1 -расм].
1 - вакуум насос; 2 - термопара; 3 - манометр; 4 - термо датчик; 5 - амперметр; 6 -волтметр; 7 - совитиш тизими; 8 - автомат; 9 - тиристор блок; 10 - синов намунаси; 11 -
бронза контакт; 12 - радиатор; 13 - ток узатгич. 1 - расм. Махсус лаборатория печида киздириб пишириш ва материалнинг физик-
механик хоссаларини синаш Тадкикот намуналарни кимёвий таркиби ва графитлаш жараёнининг технологик курсатгичлари 1 - жадвалда келтирилган.
1 - жадвал
Т/р Кимёвий таркиби, % Графитлаш харорат, ОС Жараён давомийлиги, соат
1 Кокс+меласса 1600 1
2 1800
3 2200
4 2500
Н амуналарни графитлаш жараёнини амалга ошириш учун ишлаб чикилган печнинг
электрик схемаси 2 - расмда курсатилган.
1-намуна; 2 -тиристор; 3 -амперметр; 4 - волтьметр; 5 -термопара. 2 - расм. Графитлаш жараёнини схематик куриниши.
Аморф углеродли намуналарнинг графитланиш даражасини аниклаш учун графитланган жараёндан утган намуналардан фрагментлар кесиб олдик ва уларнинг структура-фазавий таркибини "MiniFlex 600" рентгенли дифрактометрида (ХRD) амалга оширдик. 3 - расмда тадкик этилган углерод намуналарининг 002 кристаллографик текисликларнинг дифракцион профиллар максимумлари келтирилган.
Бунда 002 дифракцион чизикнинг в - интеграл кенглиги, ишлов бериш харорати ортиши билан 1,56 дан 0,2о гача кичрайиб борди. Интеграл кенгликнинг бундай тартибда узгариши энг аввало Ьс - кристаллографик «с» ук йуналиши томон рентгент нурларининг когерентлик сочилиш худудларининг уртача улчамини узгариши билан боглик булиб бунда ишлов бериш харорат ортиши билан Ьс аста секин, 1500 оС хароратда 5 нм, 2500 оС хароратда 45 нм га катталашди. Ишлов бериш хдрорати ортиши билан когрентлик сочилиш худудлар улчамини катталашиши 002 кристаллографик текисликларнинг дифракцион профиллар марказини унг (катта бурчаклар) томонга силжиши билан содир булди (3 - расм). Бу эса ¿002 кристаллографик текисликлар аро масофани, 1500 оС хароратда 0,344 нм дан, 2500 °С хароратда 0,33 нм гача кичрайиши билан боглик;.
3 - расм. Турли х,ароратларда графитлаш жараёнидан утган углерод намуналарининг 002 кристаллографик текисликлар дифракцион профиллар
максимумлари
Натижалар.
Турли хароратларда графитлаш жараёнидан утказилган намуналар устида олиб борилган сонли рентгенли структара-фазалар тахлиллари натижаларига нисбий бирликлар ёрдамида ишлов бериш оркали олинган маълумотлар 4 - расмда график куринишда келтирилган.
Графитлаш вак;ти. минут
1 - 1600 0С; 2 - 1800 0С; 3 -2200 0С; 4 - 2500 0С . 4 - расм. Аморф углеродни графитланиш даражасига жараён хароратининг таъсири
Олинган экспериментал натижаларга кура графитлаш жараёнини харорати ва шу хароратда ушлаб туриш вакти ортиши билан аморф углеродли намунанинг графитланиш даражаси 1 соат вакт оралигида 0% дан 58% га ортган. Масалан, 1 соат давомида 1600 оС хароратда намунанинг графитланиш даражаси 17%, 1800 оС хароратда 22%, 2200 оС хароратда 45% ва 2500 оС хароратда 58% ни ташкил этди. Бундан куриниб турибдики углеродли материалларда харорат канча юкори булса уларнинг графитланиш даражаси хам шунча юкори булади. Бундан ташкари 6-расмдан куриниб турибдики, хаттоки
2500 оС хароратда 1 соат давомида ишлов бериш углеродли намуналарни хажми буйича тулик графитланишига етарли булмаган.
Мухокамалар.
Дунё амалиётида аморф углерод ва графитланган углеродли материалларини олишда углеродга бой булган богловчи моддаларнинг янги турларини аниклаш, уларнинг хоссаларини урганиш буйича олиб борилган илмий-тадкикот ишлари буйича дунёнинг бир катор олимларидан В.И. Костиков, В.И.Касаточкин, А.Т.Каверовлар ишларида графитланган углеродли материалларни олиш, уларга тулдирувчи сифатида нефт кокси, богловчи сифатида тошкумир смоласини киритиш ва уларнинг микдорини материалнинг физик-механик ва эксплуатацион хоссаларига таъсир этиш кинетика асослари тадкик этилган[15-18].
Намуналарни иссиклик утказувчанлиги турли хароратларда ишлов бериш вактининг логарифмини ошиб боришига тугри пропорционал равишда ортиб боради. Бу 5-расмда олимлар томонидан олинган экспериментал натижалар асосида олинган.
10
В акт. мин
1 - 2500 оС; 2 - 2200 оС; 3 - 1900 оС; 4 - 1600 оС 5-расм. Намуналарнинг иссиклик утказувчанлигини изотермик ушлаб туриш вакт логарифмига ва х,ароратга боFлик х,олда узгаришини курсатувчи график
Аморф углероддан графит структурасининг шаклланиши бир неча боскичда амалга оширилади ва турли хил кушимча жараёнлар таъсирида мураккаблашади деб тахмин к;илиш мумкин(б-расм).
1.0
0.9 0,8 0.7 0.6 ,0,5 _ 0,4
0,3
0,2
0,1
1
\ 2
\
\ \ . 3
\ 4
30
60
90
120 150
Г$ик1. мин
1 - 2000 0С; 2 - 2150 0С; 3 - 2300 0С; 4 - 2420 0С 6-расм. Нефт коксини турли х,ароратларда ишлов бериш вактини (1-а) га боFликлиги(В.И.Касаточкин ва А.Т.Каверовлар буйича).
Аморф углеродни графитлаш жараёнида аморф структура кристалл структурага утади. Бунда графитлаш жараёнининг мухим курсатгичларидан бири бу жараён харорати. Утказилган адабиётлар тахлилига кура, аморф структурага эга булган углеродни 1600...2500 оС хароратда киздириб графитлаш, аморф структурани тули; кристалл структурага утишни таъминлайди (7 - расм) [8].
^уйидаги 7 - расмда келтирилган графикка кура, аморф углеродли материалларни кристалланиши, жараёнининг хароратига ва шу хароратда ушлаб туриш вактига боглик холда ортиб борган.
° 0 1 3 5 7 8 20 25
Графитлаш вак,ти, соат 7-расм. Аморф углеродни графитланиш даражасига, графитлаш жараёнининг х,ароратини ва шу х,ароратда ушлаб туриш вактининг таъсири.
Дунё олимлари томонидан аморф углеродли материалларни графитлаш технологиясини ишлаб чикишда хом ашё материаллари сифатида нефт кокси, тошкумир коксига богловчи материаллар сифатида нефт смоласи ва тошкумир смоласидан фойдаланилган[ 19-21].
Хулосалар.
Олиб борилган изланишлар натижасида куйидагича хулоса килиш мумкин: Нефт кокси ва меласса таркибли аморф углеродли материалларни графитланиш даражаси хдрорат ва вактга богликлиги аникланди. Натижада олинган графит материалидан электротехника ва металлургия сохдларида кулланиладиган мах,сулотлар ишлаб чикариш имкони берди.
АДАБИЁТЛАР
1. Шакиров Ш.М., Исмаилов Х.А., Юсупов Ж.И. Композиционный материал на основе силицированного графита// Композиционные материалы, 2013. №1. - С.
2. Мармер Э. П. Углеграфитовые материалы. Справочник / Мармер Э. П. -М.: Металлургия, 1973. - 136 с.
3. Искусственный графит / Островский В. С., Виргильев Ю. С. , Костиков В . И., Шипков Н. Н. - М.: Металлургия, 1986. - 272 с.
4. Убайдуллаев М.М., Шакиров Ш.М., Усмонов Ж.С., Пармонов С.Т. Электр двигателларда кулланиладиган углеграфитли материалларни ишлаб чикариш технологиясини тахлил килиш//"Композицион материаллар", Тошкент ш. 2021 йил, №3, 103-107.
5. Убайдуллаев М.М, Каримов Ш.А, Шакиров Ш.М., Пармонов Е.М. Углерод асосли материалларни солиштирма электр каршилиги ва ишкаланиш коэффициентини аниклашнинг инновацион усуллари// "Машинасозлик илмий техник журнали" Андижон ш. 2022 йил, №1, 9 - 14 бет
6. Коморова Т.В. Получение углеграфитовых материалов: Учеб. Пособие/РХТУ им. Менделеева. - М., 2001, -95 с.
7. Убайдуллаев М.М, Шакиров Ш.М., Бекиев М.А. Махдллий хомашё асосида углеграфитли материаллар олиш истикболлари //«Илм-фан, таълим ва ишлаб чикаришнинг инновацион ривожлантиришдаги замонавий муаммолар» мавзусида халкаро
илмий-амалий конференция, Андижон ш. 2020 й., 395-403 б.
8. M.M.Ubaydullayev., Sh.A.Karimov.,Sh.M.Shakirov., R. Qudratov., G'.M. Parmonov. Use of Carbon Materials as a Heating Element. European multidisciplinary journal of modern science. Vol. 6, Issue 8, June 2022. -pp. 671-677.
9. Inagaki M., Kang F., Toyoda M., Konno H. Advanced Materials Science and Engineering of Carbon. // Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. - 440 p. doi:10.1016/ c2012-0-03601-0
10. Toyo Tanso Co. Features of Special Graphite Products. Электронный ресурс http://www.ttu.com/1.Special graphite eg.pdf
11. Burchell, T. D. Carbon Materials for Advanced Technologies / T. D. Burchell. -Pergamon: U.S.A. ELSEVIER SCIENCE Ltd, 1999. - 540 p.
12. Savage G. (Gary) Carbon-carbon composites / G. Savage. SPRINGER-SCIENCE+BUSINESS MEDIA, B. V. - 1st ed., 1992. - 389 p.
13. Burchell T.D. A microstructurally based fracture model for polygranular graphite. // Carbon, 1996. - v.34, №№ 3. - P. 297-316.
14. Shakirov Sh., Allanazarov A., Ubaydullayev M., Egamberdiyev B. Determination of the effect of temperature on the graphitization process of amorphous carbon materials. International Conference on Advance Research in Humanities, Applied Sciences and Education Hosted from New York, USA. August 28th 2022. 284-288 б.
15. Убайдуллаев М.М., Шакиров Ш.М., Каримов Ш.А. Махаллий хом ашё асосида олинган аморф углеродли материалларни графитлаш технологиясини ишлаб чикиш. // "Композит материаллар" Илмий техникавий ва амалий журнали. -Тошкент. №3/2022. 112115 б.
16. M.M.Ubaydullaev, K.Kh.Abdullayev, A.X.Xabibullaev. Development of graphitization technology of amorphous carbon materials obtained on the basis of local raw materials NamMTI ilmiy-texnika jurnali. Наманган Том 7 махсус сон №2/2022. 235-241 б.
17. Cuesta, A. Carbon reactivity in an oxygen plasma: a comparison with reactivity molecular oxygen / A. Cuesta, A. Martinez-Alonso, J. Tascon // Carbon. - 2001. - V. 39. - P. 1135-1146.
18. Burchell, T. D. Carbon Materials for Advanced Technologies / T. D. Burchell. -Pergamon: U.S.A. ELSEVIER SCIENCE Ltd, 1999. - 540 p.
19. Virgilev, Y. Impurities in the reactor graphite and its serviceability / Y. Virgilev // Nuclear energy. - 1998. V. 84. -№ 1. - P. 7-16.
20. В.Ф. Попков, М.В. Кретинин, Н.Н. Зарипов. Влияние времени пребывания сырья в необогреваемом реакторе на качества нефтяного кокса. Химия и технологические процессы, - 2006, том 4, №1.
21. Коваленко, В.П. Использование электрокрекинга при переработке нефтесодержащих отходов / Н.М. Лихтерова, В.Н. Торховский, Е.А. Улюкина // АвтоГрин, 2006. №3. с. 16-18.
