我們一直在推廣我們的石墨化爐 ，但是大家不太了解什么是石墨化，今天株洲晨昕就來(lái)淺析一下什么是石墨化和它大概的研究歷程。
       石墨化是利用熱活化將熱力學(xué)不穩(wěn)定的炭原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)的有序轉(zhuǎn)化，因此，在石墨化過(guò)程中，要使用高溫?zé)崽幚恚℉TT）對(duì)原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量。
       我們?cè)賮?lái)談?wù)勊难芯繗v程，看看它是怎么被確定的。
一、碳化物轉(zhuǎn)化機(jī)理 
       該理論是美國(guó)艾奇遜根據(jù)在合成碳化硅時(shí)，發(fā)現(xiàn)了結(jié)晶粗大的人造石墨為依據(jù)而提出來(lái)的。他認(rèn)為炭質(zhì)材料的石墨化首先是通過(guò)與各種礦物質(zhì)(如SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃)發(fā)生反應(yīng)，形成碳化物。然后在高溫下分解為金屬蒸氣和石墨。這些礦物質(zhì)在石墨化過(guò)程中起催化劑的作用。
由于石墨化爐的加熱是由爐芯逐漸向外擴(kuò)展，因此，焦炭中所含的礦物質(zhì)與碳的化合首先在爐中心進(jìn)行。高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣又與爐中心靠外側(cè)的碳化合成碳化物，然后又在高溫下分解。這樣下去，少量的礦物質(zhì)可使大量的碳轉(zhuǎn)化為石墨。在石墨化爐中，確實(shí)可以發(fā)現(xiàn)許多碳化硅晶體，在人造石墨制品表面也常發(fā)現(xiàn)有分解石墨和尚未分解的礦物質(zhì)。但已有研究證明，這種由碳化物分解形成的石墨與可石墨化炭經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重排轉(zhuǎn)化而成的石墨在性質(zhì)上是不同的。少灰的石油焦比多灰的無(wú)煙煤可以達(dá)到更高的石墨化度。如預(yù)先對(duì)石油焦或無(wú)煙煤進(jìn)行降灰處理，則它們更易于石墨化。事實(shí)上，當(dāng)石墨化度較低時(shí)，某些礦物雜質(zhì)對(duì)石墨化確有催化作用，但催化機(jī)理不僅局限于生成碳化物這種形式。當(dāng)石墨化度較高時(shí)，礦物雜質(zhì)的存在往往會(huì)使石墨晶格形成某種缺陷，妨礙石墨化度的進(jìn)一步提高。因此，碳化物轉(zhuǎn)化理論對(duì)分解石墨來(lái)說(shuō)是正確的，但對(duì)多數(shù)炭質(zhì)材料的石墨化來(lái)說(shuō)，就不合實(shí)際了。
二、 結(jié)晶理論
       當(dāng)X射線(xiàn)衍射技術(shù)出現(xiàn)之后，人們?cè)谘芯渴勰┑难苌渥V圖時(shí)發(fā)現(xiàn)石墨化度與晶體長(zhǎng)大有密切的關(guān)系。例如石油焦在石墨化過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到1500℃時(shí)，晶格開(kāi)始變化。隨著室溫升高，這種變化愈趨劇烈，特別在1600～2100℃之間，晶體的增長(zhǎng)最快。但到2100℃以后，晶體的增長(zhǎng)逐漸變慢，到2700℃基本停止。由于上述過(guò)程與金屬在高溫?zé)崽幚頃r(shí)的再結(jié)晶現(xiàn)象基本類(lèi)似，塔曼據(jù)此引申出了石墨化的再結(jié)晶理論。
該理論有下列主要論點(diǎn)：
1. 炭素原料中原來(lái)就存在著極小的石墨晶體，在石墨化過(guò)程中，由于熱的作用，這些晶體通過(guò)碳原子的位移而“焊接”在一起成為較大的石墨晶體；
2. 石墨化時(shí)，有新的晶體形成，新晶體是在原晶體的接觸界面上吸收外來(lái)的碳原子而生成的，這種再結(jié)晶生成的新晶體保持了原晶體的定向性；
3. 石墨化度與晶體的生長(zhǎng)有關(guān)，但主要取決于石墨化溫度，維持高溫時(shí)間的影響有限；
4. 石墨化的難易與炭質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于多孔和松散的原料，由于碳原子的熱運(yùn)動(dòng)受到阻礙，使“焊接”的機(jī)會(huì)減少，所以就難于石墨化；反之，結(jié)構(gòu)致密的原料，由于碳原子熱運(yùn)動(dòng)受到的空間阻礙小，便于互相接觸和“焊接”，所以就易于石墨化；
5. 石墨晶體的尺寸隨著溫度升高而增大，但只是數(shù)量上的變化，而無(wú)本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。
塔曼的再結(jié)晶理論在一定程度上解釋了晶體的成長(zhǎng)與石墨化溫度的關(guān)系，原料性質(zhì)對(duì)石墨化度的影響，比碳化物轉(zhuǎn)化理論有所前進(jìn)。但它對(duì)原料中存在的微小石墨晶體的本質(zhì)沒(méi)能給以解釋和說(shuō)明。此外，石墨化是一種比再結(jié)晶理論所描述的過(guò)程復(fù)雜得多的多階段過(guò)程，原料在石墨化過(guò)程中既有晶體尺寸的增大，也有原子價(jià)鍵的改變和有序排列等質(zhì)的變化。
三、微晶成長(zhǎng)理論 
       1917年，德拜和謝樂(lè)在研究無(wú)定形碳的X射線(xiàn)衍射譜圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的石墨譜線(xiàn)有相似之處，有些譜線(xiàn)兩者可以重合。因此他們認(rèn)為無(wú)定形碳是由石墨微晶組成的，無(wú)定形碳與石墨的不同，主要在于晶體大小的不同。在此基礎(chǔ)上，德拜和謝樂(lè)提出了石墨化的微晶成長(zhǎng)理論。
由于之后研究者的充實(shí)和發(fā)展，這一理論已為較多的研究者所接受。該理論認(rèn)為，石墨化原料的母體物質(zhì)都是稠環(huán)芳烴化合物，這些化合物在熱的作用下，經(jīng)過(guò)在不同溫度下連續(xù)發(fā)生的一系列熱解反應(yīng)，最終生成巨大的平面分子的聚集，即雜亂堆砌的六角碳網(wǎng)平面，這就是所謂“微晶”。這些微晶在二維空間是有序的，但在三維空間卻無(wú)遠(yuǎn)程有序性，屬于亂層結(jié)構(gòu)。因此，微晶并不是真正的晶體。但是，在石墨化條件下，由于碳原子的相互作用，微晶的碳網(wǎng)平面可做一定角度的扭轉(zhuǎn)而趨向于互相平行。顯然，微晶是無(wú)定形碳轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。絕大多數(shù)無(wú)定形碳中都含有微晶，但并不是這些無(wú)定形碳都可以在一般石墨化的條件下轉(zhuǎn)化為石墨。這是因?yàn)閷?duì)于不同化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)的母體物質(zhì)，炭化生成的無(wú)定形碳中微晶的聚集狀態(tài)不同，可石墨化性也不相同。微晶的聚集狀態(tài)以基本平行的定向和雜亂交錯(cuò)的定向?yàn)槠鋬蓚€(gè)極端，其間還存在一些定向程度不同的中問(wèn)狀態(tài)。例如，石油焦、無(wú)煙煤等由于微晶基本平行定向，所以易于石墨化，稱(chēng)為可石墨化炭(或稱(chēng)易石墨化炭)；相反，糖碳、骨炭或木炭等由于微晶隨機(jī)取向，雜亂無(wú)序，又多微孔，并含大量氧或羥基團(tuán)，所以難于石墨化，稱(chēng)為難石墨化炭。介于以上兩種情況之間的有冶金焦等。1600℃以前，無(wú)定形碳通過(guò)微晶成長(zhǎng)向石墨的轉(zhuǎn)化是不明顯的，當(dāng)溫度達(dá)到1600℃～1800℃時(shí)，微晶的成長(zhǎng)明顯加速。此時(shí)，微晶邊緣上的側(cè)鏈開(kāi)始斷裂，或是揮發(fā)，或是進(jìn)入碳網(wǎng)平面。微晶的結(jié)構(gòu)發(fā)生兩個(gè)方面的變化，一方面一些大致處于同一平面的微晶層片逐漸結(jié)合成新的平面體，碳網(wǎng)平面迅速增大；另一方面，在垂直于層面的方向上進(jìn)行層面的扭轉(zhuǎn)重排，從而使有序排列的層數(shù)增加。這一過(guò)程一直延續(xù)到約2700℃，即當(dāng)微晶基本轉(zhuǎn)化為三維有序排列，最終形成石墨晶體時(shí)才基本結(jié)束。必須指出，由于各種原料的石墨化難易程度不同，它們的石墨化溫度以及在一定溫度下所能達(dá)到的石墨化度也是不同的?？傊?，石墨化機(jī)理比較復(fù)雜，有許多問(wèn)題還在探索之中，有待于今后不斷充實(shí)。
      株洲晨昕一直以來(lái)都用科學(xué)的理念完善和發(fā)展中高頻事業(yè),為石墨化爐的研發(fā)及發(fā)展做一份努力。