Процесс графитизации 1 

Процесс графитизации Процесс графитации – это процесс нагрева и термообработки. На каждой температурной стадии процесса графитации протекают эндотермические и экзотермические процессы, которые можно разделить на следующие три стадии： первый этап Первая стадия (1000~ 1800℃): При более высокой температуре, чем при обжарке, продукт дополнительно выделяет летучие компоненты, и все оставшиеся алифатические цепи, связи C-H, C=0 и т.д. последовательно разрушаются в пределах этого температурного диапазона; атомы углерода, водорода, кислорода, азота, серы и в это время также происходит выброс других мономеров или простых молекул (CH, CO, CO2 и т.д.) между слоями хаотической структуры.Часть беспорядочно разбросанных плоских молекул объединяется в макромолекулы. Эндотермический процесс в этой температурной зоне в основном является продолжением химических реакций.В то же время существуют также физические процессы, проявляющиеся в исчезновении части границы микрокристалла, и первоначальная граница раздела может высвобождаться в виде тепла, как движущей силы, способствующей упорядочению углеродной гексагональной сетки.Из рентгеноструктурного анализа видно, что в пределах этого температурного диапазона накопление атомов углерода значительно увеличилось. Их упорядоченное расположение осуществляется в двумерной плоскости. Размер двумерной плоскости не превышает 8 нм, а макромолекулы по-прежнему имеют хаотическую структуру.

второй этап Вторая стадия (1800~2400 К): На этой стадии возможны две ситуации. Первая заключается в том, что с повышением температуры система получает больше энергии.Частота тепловых колебаний атомов углерода увеличивается, а амплитуда увеличивается. Это регулируется законом минимума свободной энергии. Трехмерная структура графита на уровне сетки является избыточной, а расстояние между слоями уменьшается.В то же время амплитуда движения атомов углерода увеличивается в направлении, параллельном плоской сетке, а линии дислокаций и границы зерен на плоскости кристалла постепенно исчезают, высвобождая скрытое тепло.К 2000 тысячам лет прирост энтропии системы достигнет своей самой низкой точки и будет продолжать превышать 2000 тысяч, как показано на кривой разности энтропий на рисунке (13-6).При этой температуре в спектре дифракции рентгеновских лучей обработанного графита постепенно появляются относительно четкие линии (hko), (001) и некоторые линии (hkl), свидетельствующие о том, что графит был упорядочен в трехмерном пространстве. Это процесс отжига, при котором выделяется внутренняя энергия; еще одна параллельная реакция дело в том, что при температуре 2000-2400 К некоторые примеси образуют карбиды (в основном карбид кремния), которые при последующих более высоких температурах разлагаются на пары металла и графит.Кроме того, когда температура приближается к 2400 К, углерод начинает испаряться и возникают тепловые дефекты, которые потребляют энергию.Поскольку эти процессы в большей степени протекают в период между 2000 и 2400 К, система поглощает тепловую энергию, что проявляется в повторном увеличении энтропии.

Третий этап Третья стадия (выше 2400 К): Обычный нефтяной кокс, асфальтовый кокс и другой легко графитизируемый углерод при температуре 2400 К направление зерен по оси а увеличивается в среднем до 10-150 нм, а направление по оси с достигает примерно 60 слоев (около 20 нм).В соответствии с порядком выполнения предыдущего этапа была вызвана усадка зерен и увеличен зазор между зернами.При соблюдении описанного выше механизма роста зерен, даже если температура и влажность продолжают повышаться, зерна не могут сближаться друг с другом и соединяться в более крупные зерна. В это время рост зерен зависит от нового механизма, а именно от процесса рекристаллизации. 01 Этот рекристаллический процесс, с одной стороны, представляет собой перемещение атомов углерода внутри или между молекулами в углеродной плоскости, утончение и трехмерное расположение кристаллической решетки, с другой стороны, при высоких температурах, превышающих 2400 К, скорость испарения углеродных веществ экспоненциально возрастает с повышением температуры (см. таблицу 13-4). В это время в системе графитизации он заполнен C, C2, C3 (C2+C), C4 (C3+C),...Атомы углерода и молекулярные газы, такие как атомы углерода, подвергаются чрезвычайно активному материальному обмену – рекристаллизационному – между твердой и газовой фазами. Короче говоря, различные стадии процесса графитации углерода проходят в шахматном порядке, и реакция разложения-полимеризации протекает при несколько более высокой температуре, чем прокаливание и обжиг.При температуре 1700-2400 К в основном происходит отжиг, рост микрокристаллов, а также образование и разложение карбидов, что способствует графитации.При температуре выше 2400 К он в основном характеризуется рекристаллической миграцией атомов углерода.Рассматривая весь процесс графитации в целом, можно сказать, что графитированный углерод easy graphitized carbon – это гомогенная и многофазная графитизация с эндотермическим процессом, но, по сути, экзотермическим процессом.Энтропия системы увеличивается и становится более стабильной. Трудно поддающиеся графитизации углеродные вещества также могут подвергаться многофазной кристаллизации при высоких температурах, но для них требуется более высокая температура, чем для легко поддающегося графитизации углерода.При температуре выше 3200 К поперечная связь начинает разрушаться.В зависимости от ориентации молекул образуется множество центров кристаллизации, и сублимированные атомы углерода перестраиваются вокруг центра кристаллизации с довольно высокой скоростью, образуя мелкокристаллический графит.