ایک سے زیادہ الیکٹران بیم (EB) پگھلنے والے - بلاگ - منگ شینگ گوانگپو کے ذریعہ ریفریکٹری دھاتوں میں بیچوالا عناصر (O, N, C, H) کو ہٹانا

ریفریکٹری دھاتیں (جیسے نیبیم،ٹینٹلم، molybdenum، اور tungsten) بڑے پیمانے پر ایرو اسپیس، سپر کنڈکٹنگ ٹیکنالوجی، اور جوہری صنعت میں استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، یہ دھاتیں بیچوالا عناصر (آکسیجن، نائٹروجن، کاربن، اور ہائیڈروجن) کے لیے انتہائی اعلیٰ وابستگی رکھتی ہیں۔ یہاں تک کہ بیچوالا عناصر کی ایک بہت ہی کم مقدار دھاتوں کی لچک، عمل کی اہلیت، اور سپر کنڈکٹنگ اہم پیرامیٹرز کو نمایاں طور پر بگاڑ دے گی۔ الیکٹران بیم (EB) پگھلنا ان دھاتوں کو صاف کرنے کا بنیادی ذریعہ بن گیا ہے کیونکہ اس کی انتہائی اعلی ویکیوم ڈگری اور انتہائی اعلی توانائی کی کثافت ہے۔

اس مقالے میں، چار اہم بیچوالا عناصر کو ہٹانے پر متعدد EB سمیلٹنگ کے طریقہ کار اور عملی اثر پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

فزیک کیمیکل میکانزم: پیوریفیکیشن کی باٹم منطق

ای بی سمیلٹنگ کا صاف کرنے کا عمل بنیادی طور پر ان جسمانی اور کیمیائی رد عمل پر منحصر ہوتا ہے جو ایک اعلی-خلا ماحول کے تحت پگھلے ہوئے تالاب میں ہوتے ہیں۔

ڈی آکسیڈیشن

آکسیجن بنیادی طور پر دھاتی آکسائڈز کی شکل میں بخارات بنتی ہے (مثال کے طور پر، NbO، NbO₂)، یا یہ میٹرکس میں کاربن کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے CO گیس بناتی ہے۔

ڈینیٹروجنیشن

نائٹروجن کے اخراج کا انحصار بنیادی طور پر پگھلے ہوئے تالاب کی سطح پر جوہری نائٹروجن کے جامع اخراج پر ہوتا ہے، جو N₂ کی شکل میں نکلتا ہے۔مالیکیولز

ڈیکاربرائزیشن

کاربن تحلیل شدہ آکسیجن کے ساتھ مل کر CO بلبلے بناتا ہے۔ اگر آکسیجن کا مواد ناکافی ہے، تو یہ ضروری ہے کہ آکسیڈنٹ شامل کریں یا بقایا آکسیجن کا استعمال کریں۔

ڈی ہائیڈروجنیشن

ہائیڈروجن کی حل پذیری درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ تیزی سے کم ہوتی ہے، اور اس کے پھیلاؤ کا گتانک بہت زیادہ ہے، جسے بنیادی طور پر بنیادی پگھلنے میں تھرمل ڈیسورپشن کے ذریعے ہٹایا جا سکتا ہے۔

بیچوالا عناصر پر ایک سے زیادہ سمیلٹنگ کا متحرک اثر

ایک سے زیادہ سملٹنگ ایک سادہ تکرار نہیں ہے بلکہ ایک ایسا عمل ہے جس میں ارتکاز کا میلان مسلسل توازن کی حد کی طرف جاتا ہے۔

آکسیجن: مسلسل کمی کے بعد "حاشیہ اثر"

آکسیجن کو ہٹانا ای بی سمیلٹنگ کی خاص بات ہے۔ بنیادی سمیلٹنگ میں، بڑے-سائز کے آکسائیڈ کی شمولیت تیزی سے گل جاتی ہے۔ جیسے جیسے سمیلٹنگ کی تعداد بڑھتی ہے:

پہلے دو سمیلٹنگ: آکسیجن کا مواد عام طور پر تیزی سے کمی کو ظاہر کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، ثانوی پگھلنے کے بعد، صنعتی گریڈ نیبیم مواد کے آکسیجن مواد کو 500 پی پی ایم سے کم کر کے 50 پی پی ایم سے کم کیا جا سکتا ہے۔

ایک سے زیادہ سمیلٹنگ کے بعد: صاف کرنے کی کارکردگی کو "چھت" کا سامنا کرنا پڑے گا۔ جب آکسیجن کا ارتکاز بہت کم ہوتا ہے، تو اس کی اتار چڑھاؤ کی شرح پگھلے ہوئے تالاب کی سطح تک ایٹموں کے پھیلاؤ کی شرح سے محدود ہوتی ہے۔ اس وقت، اگر پگھلنے کے اوقات کی تعداد میں اضافہ کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر 3 سے 6 گنا)، آکسیجن کے مواد میں کمی نمایاں طور پر کم ہو جائے گی۔

نائٹروجن: کاٹنا سب سے مشکل "سخت ہڈی"

نائٹروجن کو ہٹانے کا حرکیات آکسیجن کے مقابلے میں بہت سست ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ مائع دھاتوں میں نائٹروجن کا توازن جزوی دباؤ انتہائی کم ہے اور اس کے اخراج میں حرکیات کی وجہ سے رکاوٹ ہے۔

ایک سے زیادہ سمیلٹنگ کی ضرورت: سنگل سمیلٹنگ اکثر نائٹروجن مواد کی سطح کو پورا کرنے میں ناکام رہتی ہے جو سپر کنڈکٹنگ نیبیم مواد (RRR ویلیو ضروریات) کے لیے ضروری ہے۔

اثر: جیسے جیسے پگھلنے کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، پگھلے ہوئے تالاب کے اعلی درجہ حرارت میں رہائش کا وقت بڑھتا ہے، جو نائٹروجن ایٹموں کے دوبارہ ملاپ کے لیے مزید مواقع فراہم کرتا ہے۔ ایک سے زیادہ سملٹنگ نائٹروجن کے مواد کو مستقل طور پر کم کر سکتی ہے، لیکن اسے مکمل طور پر 1 پی پی ایم سے کم کرنا مشکل ہے۔

کاربن: کیمیائی توازن آکسیجن کے مواد پر منحصر ہے۔

کاربن کو ہٹانے کی کارکردگی "کاربن-سے-آکسیجن کے تناسب" پر بہت زیادہ منحصر ہے۔

اگر دھات میں آکسیجن کی زیادتی ہو تو C + O→ CO↑ کے ذریعے رد عمل کی بڑھتی ہوئی تعداد کے ساتھ کاربن کو مسلسل کم کیا جا سکتا ہے۔

اگر آکسیجن کا مواد ایک سے زیادہ پگھلنے کے ذریعہ بہت کم سطح تک کم ہوجاتا ہے، تو ڈیکاربرائزیشن کا رد عمل رک جائے گا۔ لہٰذا، ایک سے زیادہ پگھلنے کے عمل میں، بعض اوقات ماحول کو مصنوعی طور پر کنٹرول کرنا ضروری ہوتا ہے تاکہ کاربن کی کمی کو جمود سے بچایا جا سکے۔

ہائیڈروجن: موثر اور تیز

ہائیڈروجن بہترین علاج ہے۔ اس کے بہت زیادہ بخارات کے دباؤ کی وجہ سے، ڈی ہائیڈروجنیشن کا 90% سے زیادہ کام پہلی سمیلٹنگ میں مکمل کیا جا سکتا ہے۔

اس کے بعد متعدد سمیلٹنگ بنیادی طور پر کنسولیڈیشن فنکشن کے طور پر کام کرتی ہے، جس سے گاڑھا ہونے کے عمل کے دوران ماحول میں ٹریس ہائیڈروجن کے دوبارہ جذب ہونے سے روکا جاتا ہے۔

ایک سے زیادہ سمیلٹنگ کے فوائد اور نقصانات کا تجزیہ

طہارت	نمایاں طور پر بہتر ہوا۔	خاص طور پر RRR ویلیو کے لیے انتہائی اعلی تقاضوں کے ساتھ مواد کے لیے
ساخت کی یکسانیت	بہتر کریں۔	ایک سے زیادہ فلپ سمیلٹنگ ناپاکی کی تقسیم کو زیادہ آئسوٹروپک بناتی ہے۔
اناج کا سائز	اضافہ	بار بار پگھلانے سے پنڈ میں موٹے دانے نکل سکتے ہیں، جس کے لیے بعد میں پروسیسنگ اور تطہیر کی ضرورت ہوتی ہے۔
لاگت/پیداوار	ناموافق	ہر اضافی پگھلنے سے، دھات کے بخارات کا نقصان بڑھ جاتا ہے، اور بجلی کی کھپت کی قیمت بڑھ جاتی ہے۔

نتیجہ

ایک سے زیادہ EB پگھلنے سے بیچوالا عناصر کو ہٹانے پر غیر خطی فائدہ ہوتا ہے۔ آکسیجن اور ہائیڈروجن کے لیے، پہلے دو سملٹنگز نے پاکیزگی کی زیادہ تر مقدار میں حصہ ڈالا۔ نائٹروجن اور کاربن کے لیے، متعدد سملٹنگز ضروری حرکیاتی وقت فراہم کرتی ہیں۔

اصل پیداوار میں، سمیلٹنگ کے اوقات کی تعداد "زیادہ بہتر" نہیں ہے۔ عام طور پر، 3 سے 4 پگھلنے کو پاکیزگی اور معیشت کے درمیان توازن کا نقطہ سمجھا جاتا ہے۔ انتہائی ضروری سائنسی تحقیق-گریڈ کے مواد کے لیے، 6 یا اس سے زیادہ ریفائننگ اوقات کی ضرورت ہو سکتی ہے، ایک سست پگھلنے کی شرح کے ساتھ، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ بیچوالا عناصر سطح پر پھیل جائیں اور اچھی طرح بخارات بن جائیں۔