石墨化过程

石墨化过程是加热热处理过程，在石墨化过程中的各温度阶段，有吸热也有放热过程，可分如下三个阶段：

第一阶段

第一阶段(1000~1800℃ )：在比焙烧更高的温度下，制品进一步排出挥发分，所有残留下来的脂肪族链，C-H，C=0键等都在这一温度范国内先后断裂;乱层结构层间的碳原子、氢、氧、氮、硫等单体或简单分子（CH 、CO、CO2等）也在这时排出。一部分杂乱分散的平面分子结合成大分子在这一温度区吸热过程主要是化学反应的继续。同时也有物理过程，表现在一部分微晶边界消失，原来的界面能以热的形式放出，作为促进碳六角网格有序化的动力。由X射线分析可知，在这一温度范围内，碳原子层面的堆积设有明显的增大，它们的有序排列是在二维平面内进行的，二维平面尺寸不超过 8nm，大分子仍是乱层结构的。

第二阶段

第二阶段(1800~2400K）：这一阶段有两种情况，一是随着温度的上升，体系获得更多的能量。碳原子热振动频率增加,振幅增大,受最小自由能规律的支配，网格层面向三维排列的石墨结构过度，层间距离缩小。与此同时，碳原子沿平行于平面网格方向的振幅增大，晶体平面上的位错线和晶界逐渐消失,放出潜热。到 2000K时，体系的熵增量到了最低点，它将延续到2000K以上如图(13-6)的熵差曲线所示。在这一温度下处理过的石墨的X射线衍射谱内逐渐出现比较尖锐的(hko）、（001）和一些(hkl)线，证明已进行了三维有序排列,这是一种放出内能的退火过程;另一种与此平行的反应是，在2000-2400K，有些杂质生成碳化物(主要是碳化硅），并在其后的更高温度下分解为金属蒸气和石墨。除此以外，在接近 2400K 时碳开始蒸发,出现热缺陷，这些都要消耗能量。由于这些过程在 2000 ~2400K间进行得较多，体系吸收热能，表现为熵变的重新增大。

第三阶段

第三阶段(2400K 以上）：一般的石油焦和沥青焦等易石墨化炭在 2400K 温度下，晶粒的a轴方向平均长大到 10~150nm，c轴方向约达60层(约 20nm）。由于上阶段的有序化，引起晶粒的收缩，晶粒界面间隙有所扩大。如果按上面所讨论的晶粒成长机理，即使继续提高温庋，晶粒间也不能互相靠拢，无法黏结成更大的晶粒，此时晶粒的成长要靠新的机理来实现,即再结晶过程。                                     

这种再结晶过程，一方面，是碳平面分子内部或分子间的碳原子移动，进行晶格的完善化和三维排列，另一方面，在2400K以上的高温,碳物质的蒸发率随温度的升高指数式地增大。

此时，在石墨化体系中，充满着C、C2、C3(C2+C)、C4(C3+C)、...等碳原子和分子气体,在固相和气相间进行着极其活跃的物质交换——再结晶。

总之，炭的石墨化过程的各阶段互有交错，在比煅烧和焙烧稍高的温度下，进行分解——聚合反应。在1700-2400K 主要是退火，微晶成长，同时还有碳化物的形成和分解，促进了石墨化。在2400K 以上，主要是以碳原子迁移为特征的再结晶。综观整个石墨化进程，易石墨化炭是进行了均相和多相石墨化，有吸热过程，但更本质的是放热过程。体系的熵变增大,变得更加稳定。

难石墨化炭素物质也能在高温下进行多相结晶，但需要比易石墨化炭更高的温度。在3200K 以上的温度下，交叉键开始断裂。按分子的定向情况，形成许多结晶中心,升华的碳原子以相当快的速度围绕结晶中心重排，形成微细结晶的石墨。+