石墨化過程的兩個階段

碳的石墨化理論曾有各種說法，如碳化物轉(zhuǎn)化理論、微晶增長理論、再結(jié)晶理論等，但是近代科學研究結(jié)果被更多人公認的石墨化機理為“石墨化是高溫下固相中的變化，以熱能引起的運動為基礎(chǔ)使碳元素微晶結(jié)構(gòu)從無序狀態(tài)（無定形炭）向有序狀態(tài)（石墨晶體結(jié)構(gòu)）過渡，也即是晶體成長和增大晶體內(nèi)層面有序疊合為主的物理性質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化”石墨化過程大致可分為兩個階段，第一階段是在1000~1800℃之間進行，在這一階段無定形炭的石墨化并未開始，實際上以進行化學反應(yīng)為主，無定形炭微晶結(jié)構(gòu)中結(jié)合的氫、氧、氮、硫等元素不斷逸出，逸出的結(jié)果使無定形炭微晶結(jié)構(gòu)邊緣部分的雜質(zhì)元素不斷減少，并殘留下若干晶格缺陷，沿微晶層面的寬度方向尺寸有所增長，但增長的幅度不大，在第一階段出現(xiàn)的變化與炭的種類（易石墨化炭還是難石墨化炭）沒有多大關(guān)系。

第二階段是1800℃以上一直上升到3000℃（也有人認為應(yīng)該從1700℃開始），其中從1800~2000℃這一區(qū)間，利用X射線衍射技術(shù)可以觀測到無定形炭微晶尺寸（L和L）的變化，以此溫度為界限，進一步提高熱處理溫度，易石墨化炭和難石墨化炭的差別開始明顯起來。可以認為2000℃以上炭原子微晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化是石墨化的關(guān)鍵階段，通過晶格缺陷的移動和晶格畸變的圖13-1易石墨化炭的結(jié)構(gòu)示意圖退火進行晶體成長，也即晶體層面a軸方向（La）和C軸方向（L）的微晶尺寸不斷增加，與此同時晶體的層面間距（do）逐漸減小，熱處理溫度越高，do越來越接近理想石墨晶體的層面間距（0.3354nm）。一些難石墨化炭雖然也存在石墨層狀結(jié)構(gòu)的微晶，但在其周圍由未形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳原子（或原子團）圍繞著，并存在許多微小的孔隙，這種孤立狀態(tài)層面之間的融并成長很困難，這是易石墨化炭和難石墨化炭在熱處理過程中的重要區(qū)別。圖13-1為易石墨化炭結(jié)構(gòu)示意圖，圖13-2為難石墨化炭結(jié)構(gòu)示意圖，圖133為易石墨化炭與難石墨化炭加熱到高溫時微晶增長的差異。

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