أخبار ar.wedoany.com، في الآونة الأخيرة، حصل مشروع "المعدات والتطبيقات الخاصة بتقنيات تنقية الجرافيت عالي النقاء" الذي طورته شركة شانشي تشونغديانكي للمعدات الإلكترونية المحدودة (المشار إليها باسم "شانشي تشونغديانكي") بالتعاون مع مجموعة الصين للمعادن غير الحديدية المحدودة (مجموعة الصين للمعادن غير الحديدية) على الجائزة الأولى للعلوم والتقنيات في مجال المعادن غير الفلزية لعام 2025 من الجمعية الصينية لصناعة المعادن غير الفلزية. تمكن فريق البحث والتطوير من التغلب على ثلاث صعوبات تقنية رئيسية وهي التحكم في درجات الحرارة العالية جدًا، وتوزيع الغاز داخل الفرن، والتحكم المستقر في الفراغ العالي جدًا، ونجح في تطوير فرن تنقية عالي الحرارة قادر على إزالة الشوائب من الجرافيت بكفاءة في بيئة ذات درجة حرارة عالية جدًا تصل إلى 2400 درجة مئوية وفراغ عالٍ، حيث تصل نقاوة المنتج إلى 99.99995% (6.5N)، مما يجعله في المستوى المتقدم عالميًا. وقد دخلت هذه المعدات حاليًا مرحلة الإنتاج الضخم وتم إدراجها في خطوط إنتاج الشركات العاملة في مجال المواد الجديدة والطاقة الجديدة في الصين.
يُعرف الجرافيت باسم "الذهب الأسود الصناعي" في مجالات مثل الطيران والفضاء والطاقة النووية نظرًا لخصائصه المتمثلة في التوصيل الكهربائي، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل. ومع ذلك، فإن نقاوة الجرافيت الطبيعي تبلغ عادة حوالي 95%، بينما تتطلب المجالات عالية الدقة مثل أشباه الموصلات والطيران والفضاء جرافيتًا فائق النقاء تصل نسبة الكربون فيه إلى 99.99% أو أكثر. في السابق، كانت معدات تنقية الجرافيت عالي النقاء تخضع طويلاً للحصار التكنولوجي الأجنبي، حيث كانت أسعار المعدات باهظة وفترات التوريد طويلة، مما أعاق بشكل خطير تطور الصناعات ذات الصلة في الصين.
في عام 2018، بدأت شركة شانشي تشونغديانكي بالتعاون مع جامعتي نانكاي وجامعة شمال الصين (جامعة تشونغبي) في شن هجوم تقني. كانت العقبة الأولى هي فشل مراقبة درجة الحرارة، حيث كانت المعدات المحلية الأصلية تفقد القدرة على قياس درجة الحرارة عند وصولها إلى 1800 درجة مئوية. استبدل الفريق طريقة القياس بقياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء غير التلامسية، وبعد إجراء مئات المجموعات من التجارب والتحسينات، واستخدام تقنية المراقبة ثنائية النقاط وخوارزميات التعويض، تمكنوا من التحكم في خطأ قياس درجة الحرارة ضمن 1 درجة مئوية. بعد ذلك، واجه الفريق مشاكل مثل انصهار عناصر التسخين وعدم انتظام المجال الحراري. من خلال اختيار مواد جديدة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، وتحسين هيكل الفرن وعمليات العزل الحراري بشكل متكرر، وبعد إجراء مئات الاختبارات للتشغيل والتبريد، تمكنوا في النهاية من تحقيق تشغيل مستقر للفرن عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 2400 درجة مئوية لفترات طويلة.
العقبة الثانية كانت توزيع الغاز داخل الفرن. أثناء اختبار النموذج الأولي، انهارت كتلة الجرافيت الخام. اكتشف الفريق أن عملية التنقية لا تتطلب درجة حرارة عالية فحسب، بل تتطلب أيضًا تدفقًا هوائيًا موجهًا منتظمًا ومستقرًا لإزالة الشوائب. قام الفريق بإدخال نمذجة محاكاة اقتران مجال تدفق الهواء ونقل الحرارة، وأجروا 17 تعديلاً على الهيكل الداخلي للفرن، وأجروا أكثر من 100 عملية محاكاة واختبار فعلي على الفرن، ونجحوا في النهاية في التغلب على مشكلة تدفق الهواء.
بعد ذلك، مع زيادة متطلبات الصناعة للنقاء، أصبح الحفاظ على فراغ عالٍ في درجات حرارة عالية تحديًا جديدًا. قسم الفريق المشكلة إلى مسارين: "الشفط السريع" و"التسرب القليل". طوروا نظام شفط ذكيًا متزامنًا لزيادة كفاءة الشفط بنحو 3 مرات. قاموا بتعديل هيكل إغلاق الفرن، باستخدام إغلاق بحافة سكين من النحاس الخالي من الأكسجين مع جهاز تعويض حراري من الأنابيب المموجة، لحل مشكلة تسرب الإغلاق في درجات الحرارة العالية، وبناء بيئة فراغ عالية جدًا عند 2400 درجة مئوية وضغط يصل إلى واحد على عشرة آلاف باسكال. في نهاية عام 2019، تم تشغيل أول فرن تنقية عمودي صيني مستقل. بعد التنقية، كان محتوى الرماد في المنتج أقل من جزء في المليون، وكان محتوى الشوائب الرئيسية أقل من 0.01 جزء في المليون، ووصلت النقاوة إلى 99.99995% (6.5N)، مما يضعه في المستوى المتقدم عالميًا. في عام 2024، تم الانتهاء من التحول الذكي للمعدات، حيث تم تزويدها بنظام ذكي قادر على توليد عمليات الإنتاج تلقائيًا.
شركة شانشي تشونغديانكي هي شركة تابعة لمجموعة الصين للإلكترونيات والتقنيات (مجموعة الصين للإلكترونيات)، وتتخصص في البحث والتطوير والتصنيع للمعدات الرئيسية في مجالات مثل المواد الكربونية عالية النقاء ومواد أنابيب الكربون النانوية لبطاريات الليثيوم، وهي مصنفة كشركة وطنية رائدة في مجال التخصص والتميز والابتكار (شركة "العملاق الصغير"). مجموعة الصين للمعادن غير الحديدية هي أكبر شركة تعدين شاملة في الصين وواحدة من الشركات الرائدة عالميًا. يواصل فريقها العلمي بقيادة وانغ جيونغهوي جهوده في مجال تنقية الجرافيت بدرجات حرارة عالية، ونجح في تحقيق الإنتاج الضخم للمنتجات الراقية مثل الجرافيت من الدرجة النووية والجرافيت فائق النقاء.
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
