石墨化過程的兩個階段

碳的石墨化理論曾有各種說法，如碳化物轉化理論、微晶增長理論、再結晶理論等，但是近代科學研究結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使碳元素微晶結構從無序狀態（無定形炭）向有序狀態（石墨晶體結構）過渡，也即是晶體成長和增大晶體內層面有序疊合為主的物理性質的結構變化”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為主，無定形炭微晶結構中結合的氫、氧、氮、硫等元素不斷逸出，逸出的結果使無定形炭微晶結構邊緣部分的雜質元素不斷減少，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）沒有多大關系。

第二階段是1800℃以上一直上升到3000℃（也有人認為應該從1700℃開始），其中從1800~2000℃這一區間，利用X射線衍射技術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℃以上炭原子微晶結構產生的變化是石墨化的關鍵階段，通過晶格缺陷的移動和晶格畸變的圖13-1易石墨化炭的結構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構的微晶，但在其周圍由未形成交聯結構的碳原子（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別。圖13-1為易石墨化炭結構示意圖，圖13-2為難石墨化炭結構示意圖，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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