El proceso de grafitización es un procedimiento de tratamiento térmico en el que se producen reacciones endotérmicas y exotérmicas en diferentes etapas de temperatura, que se pueden dividir en tres fases:
Fase 1 (1000–1800 grados):A temperaturas más altas que la calcinación, el material libera volátiles. Todas las cadenas alifáticas restantes, enlaces CH, C=o enlaces, etc., se rompen dentro de este rango de temperatura. Las moléculas monoatómicas o simples (CH, CO, CO₂, etc.) de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre entre las estructuras de capa desordenadas también se expulsan. Algunas moléculas planas dispersas al azar se combinan para formar moléculas más grandes. Las reacciones endotérmicas en esta fase implican principalmente reacciones químicas continuas, junto con procesos físicos donde desaparecen algunos límites microcristalinos, liberando la energía interfacial como calor, lo que impulsa el orden de las redes hexagonales de carbono. El análisis de rayos X muestra que dentro de este rango de temperatura, el apilamiento de capas atómicas de carbono no aumenta significativamente la disposición ordenada se produce en planos bidimensionales con tamaños que no exceden 8 nm, manteniendo una estructura turbostrática.
Fase 2 (1800–2400K):En esta etapa ocurren dos fenómenos: a medida que aumenta la temperatura, el sistema gana más energía. Los átomos de carbono exhiben una mayor frecuencia y amplitud de vibración térmica, gobernada por el principio de energía libre mínima. Las capas de celosía transición hacia una estructura de grafito tridimensional, con distancias entre capas reducidas. Simultáneamente, las dislocaciones y los límites de grano en los planos de cristal desaparecen gradualmente, liberando el calor latente. Por 2 0 00k, el incremento de entropía del sistema alcanza su punto más bajo. Los patrones de difracción de rayos X de grafito tratados a esta temperatura muestran más nítidos (HK0), (001) y algunas líneas (HKL), que indican un proceso de recocido exotérmico tridimensional.
Al mismo tiempo, entre 2000–2400k, algunas impurezas forman carburos (principalmente carburo de silicio), que se descomponen en vapores de metal y grafito a temperaturas más altas. Además, cerca de 2400k, el carbono comienza a evaporarse, creando defectos térmicos que consumen energía. Estos procesos dominan entre 2000–2400k, lo que hace que el sistema absorba el calor y exhiba un aumento de entropía renovada.
Fase 3 (por encima de 2400k):Para carbonos fácilmente grafitizables como Coca -Cola de petróleo y Coca -Cola Coca -Cola a 2400K, los cristalitos crecen a un tamaño promedio de 10-150 nm a lo largo dela-Axis y ~ 60 capas (~ 20 nm) a lo largo delc-eje. La reestructuración ordenada de la fase anterior provoca la contracción del cristalito, expandiendo las brechas entre grados. Bajo mecanismos de crecimiento convencionales, los aumentos de temperatura adicionales no pueden cerrar estos espacios para formar cristalitos más grandes. En cambio, el crecimiento procede a través de un nuevo mecanismo: la recristalización.
Aquí, el sistema de grafitización se satura con átomos/moléculas de carbono (C, C₂, C₃, C₄, etc.), lo que permite el intercambio de materia vigorosa entre la recridalización de fases sólidas y de gas.
Las etapas de grafitización se superponen. A temperaturas ligeramente por encima de la calcinación/carbonización, se producen reacciones de descomposición-polimerización. Entre 1700–2400k, dominan el recocido y el crecimiento microcristalino, ayudado por la formación/descomposición de carburo. Por encima de 2400k, la recristalización a través de la migración de carbono se vuelve primaria. Los carbonos fácilmente grafitizables experimentan exotérmicos y estabilidad del sistema de aumento de la red de grafitización homogénea/heterogénea a pesar de la entropía y estabilidad del sistema endotérmico endotérmico local.
Hard-to-graphitize carbons require higher temperatures (>3200K) para cristalización heterogénea. Los enlaces cruzados se rompen, formando múltiples sitios de nucleación donde el carbono sublimado se reorganiza rápidamente en cristalitos de grafito finos.
