Il-proċess ta 'grafitizzazzjoni huwa proċedura ta' trattament tas-sħana fejn kemm reazzjonijiet endotermiċi kif ukoll eżotermiċi jseħħu fi stadji ta 'temperatura differenti, li jistgħu jinqasmu fi tliet fażijiet:
Fażi 1 (1000-1800 grad):F'temperaturi ogħla mill-kalċinazzjoni, il-materjal jirrilaxxa aktar il-volatili. Il-ktajjen alifatiċi kollha li fadal, bonds CH, c=O bonds, eċċ., Break f'din il-firxa tat-temperatura. Molekuli monoatomiċi jew sempliċi (CH, CO, CO₂, eċċ.) Ta 'karbonju, idroġenu, ossiġenu, nitroġenu, u kubrit bejn strutturi ta' saff diżordnat huma wkoll imkeċċija. Xi molekuli planar imxerrda bl-addoċċ jikkombinaw biex jiffurmaw molekuli akbar. Ir-reazzjonijiet endotermiċi f'din il-fażi jinvolvu primarjament reazzjonijiet kimiċi kontinwi, flimkien ma 'proċessi fiżiċi fejn xi fruntieri mikrokristallini jisparixxu, li jirrilaxxaw l-enerġija interfacial bħala sħana, li tmexxi l-ordni ta' netwerks eżagonali tal-karbonju. L-analiżi tar-raġġi X turi li f'din il-firxa tat-temperatura, l-istivar ta 'saffi atomiċi tal-karbonju ma jżidx b'mod sinifikanti l-arranġament ordnat tagħhom fi pjanijiet b'żewġ dimensjonijiet b'daqsijiet li ma jaqbżux it-8 nm, iżommu struttura turbostratika.
Fażi 2 (1800–2400k):Żewġ fenomeni jseħħu f'dan l-istadju: hekk kif it-temperatura togħla, is-sistema tikseb aktar enerġija. L-atomi tal-karbonju juru żieda fil-frekwenza u l-amplitudni tal-vibrazzjoni termali, regolati mill-prinċipju ta 'enerġija minima ħielsa. Is-saffi tal-kannizzata jgħaddu lejn struttura tal-grafita tridimensjonali, b'distanzi bejn is-saffi li qed jonqsu. Fl-istess ħin, id-diżlokazzjonijiet u l-konfini tal-qamħ fuq pjanijiet tal-kristall jisparixxu gradwalment, u jirrilaxxaw sħana moħbija. Sal-2 0 00k, l-inkrement tal-entropija tas-sistema jilħaq l-iktar punt baxx tagħha. Ix-xejriet ta 'diffrazzjoni tar-raġġi X ta' grafita ttrattati f'din it-temperatura juru linji aktar sharper (HK0), (001), u xi linji (HKL), li jindikaw l-ordni tridimensjonali - proċess ta 'ttremprar eżotermiku.
Fl-istess ħin, bejn l-2000-2400K, xi impuritajiet jiffurmaw karburi (prinċipalment is-silikon karbur), li jiddekomponu fil-fwar tal-metall u l-grafita f'temperaturi ogħla. Barra minn hekk, qrib 2400K, il-karbonju jibda jevapora, u joħloq difetti termali li jikkunsmaw l-enerġija. Dawn il-proċessi jiddominaw bejn 2000-2400K, u jikkawżaw li s-sistema tassorbi s-sħana u juru żieda ta 'entropija mġedda.
Fażi 3 ('il fuq minn 2400k):Għal karbonji faċilment grafitizzabbli bħal Petroleum Coke u Pitch Coke f'2400K, il-kristalli jikbru għal daqs medju ta '10 -150 nm tul il -a-axis u ~ 60 saffi (~ 20 nm) tul il -c-axis. Ir-ristrutturar ordnat mill-fażi preċedenti jikkawża kontrazzjoni tal-kristallit, li jespandu lakuni bejn il-qamħ. Taħt mekkaniżmi ta 'tkabbir konvenzjonali, aktar żidiet fit-temperatura ma jistgħux jitnaqqsu dawn il-lakuni biex jiffurmaw kristalli akbar. Minflok, it-tkabbir jipproċedi permezz ta 'mekkaniżmu ġdid: rikristallizzazzjoni.
Hawnhekk, is-sistema ta 'grafitizzazzjoni ssir saturata b'atomi / molekuli tal-karbonju (C, C₂, C₃, C₄, eċċ.), Li tippermetti l-iskambju ta' materja vigoruża bejn fażijiet solidi u gass-rikristallizzazzjoni.
L-istadji tal-grafitizzazzjoni jikkoinċidu. F'temperaturi kemmxejn 'il fuq mill-kalċinazzjoni / karbonizzazzjoni, iseħħu reazzjonijiet ta' polimerizzazzjoni ta 'dekompożizzjoni. Bejn l-1700–2400K, l-ittemprar u t-tkabbir mikrokristallin jiddominaw, megħjuna mill-formazzjoni / dekompożizzjoni tal-karbur. Fuq 2400K, rikristallizzazzjoni permezz tal-migrazzjoni tal-karbonju ssir primarja. Karbonji grafitizzabbli faċilment jgħaddu minn grafitizzazzjoni omoġenja / eteroġenja-net eżotermika minkejja l-entropija u l-istabbiltà tas-sistema endotermika lokali li qed tiżdied.
Hard-to-graphitize carbons require higher temperatures (>3200k) għal kristallizzazzjoni eteroġenja. Il-links cross jinqasmu, li jiffurmaw siti ta 'nukleazzjoni multipli fejn il-karbonju sublimat jirranġa malajr fi kristalli tal-grafita fina.
