Процесс графитизации представляет собой процедуру термообработки, в которой как эндотермические, так и экзотермические реакции встречаются на разных температурных стадиях, которые могут быть разделены на три фазы:
Фаза 1 (1000–1800 градусов):При температуре выше, чем кальцинирование, материал далее выпускает летучие вещества. Все оставшиеся алифатические цепи, СН связывания, c=o связи и т. Д. Разрыв в этом диапазоне температуры. Моноатомические или простые молекулы (CH, CO, CO₂ и т. Д.) Углерода, водорода, кислорода, азота и серы между неупорядоченными структурами слоя также эксплуатируются. Некоторые случайно рассеянные плоские молекулы объединяются, образуя более крупные молекулы. Эндотермические реакции на этой фазе в первую очередь включают продолжающиеся химические реакции, наряду с физическими процессами, где некоторые микрокристаллические границы исчезают, высвобождая межфазную энергию в качестве тепла, что приводит к упорядочению углеродных шестиугольных сетей. Рентгеновский анализ показывает, что в этом диапазоне температуры штабелирование атомных слоев углерода существенно не увеличивает упорядоченное расположение в двумерных плоскостях с размерами, не превышающими 8 нм, поддерживая турбостратическую структуру.
Фаза 2 (1800–2400 К):На этом этапе происходят два явления: по мере повышения температуры система получает больше энергии. Атомы углерода демонстрируют повышенную частоту и амплитуду термической вибрации, управляемая принципом минимальной свободной энергии. Слои решетки переходят к трехмерной графитовой структуре, с межслойными расстояниями сокращаются. Одновременно дислокации и границы зерна на кристаллических плоскостях постепенно исчезают, высвобождая скрытую тепло. По 2 0 00K приращение энтропии системы достигает своей самой низкой точки. Рентгеновские дифракционные паттерны графита, обработанные при этой температуре, показывают более резкие (HK0), (001) и некоторые (HKL) линии, что указывает на трехмерный порядок-экзотермический процесс отжига.
Одновременно в период с 2000 по 2400 тыс. Некоторые примеси образуют карбиды (в основном карбид кремния), которые разлагаются на металлические пары и графит при более высоких температурах. Кроме того, около 2400 тыс. Углерод начинает испаряться, создавая тепловые дефекты, которые потребляют энергию. Эти процессы доминируют в период между 2000–2400 КБ, заставляя систему поглощать тепло и демонстрировать обновленное увеличение энтропии.
Фаза 3 (выше 2400 тыс.):Для легко графитизируемых углеродов, таких как нефтяная кока -кола и кока -кола при 2400 тыс. Кристаллиты растут до среднего размера 10–150 нм вдольa-ось и ~ 60 слоев (~ 20 нм) вдольc-ось. Заказанная реструктуризация из предыдущей фазы вызывает сокращение кристаллитов, расширяя межзернистые промежутки. При обычных механизмах роста дальнейшее повышение температуры не может преодолеть эти пробелы с образованием более крупных кристаллитов. Вместо этого рост проходит через новый механизм: перекристаллизация.
Здесь система графитизации становится насыщенной атомами углерода/молекулами (C, C₂, C₃, C₄ и т. Д.), что обеспечивает энергичный обмен веществами между твердыми и газовыми фазами-рецисталлизацией.
Стадии графитизации перекрываются. При температурах, немного выше прокаливания/карбонизации, возникают реакции полимеризации разложения. Между 1700–2400 КБ, отжиг и микрокристаллический рост доминируют, при поддержке формирования/разложения карбидов. Выше 2400 тыс. Рекристаллизация с помощью углеродной миграции становится первичной. Легко графитные углероды подвергаются однородной/гетерогенной экзотермической сети графитизации, несмотря на локальную энтропию эндотермических шагов, энтропия и стабильность.
Hard-to-graphitize carbons require higher temperatures (>3200K) для гетерогенной кристаллизации. Связанные сшивки разрываются, образуя множественные участки зарождения, где сублимированный углерод быстро переставляется в мелкие графитовые кристаллиты.
