影响炭材料石墨化程度的外部因素主要有哪些

影响炭材料石墨化程度的外部因素主要有哪些温度与石墨化过程

石油焦、沥青焦等易石墨化炭其微晶结构的基本单元是以碳原子为主体的多层叠合芳香烃缩合环片状体，但是片状体的尺寸较小，层面间距较大。要使石油焦、沥青焦的微晶结构形成石墨晶体结构，芳香烃缩合环片状体的尺寸和层面间距必须达到接近天然石墨的晶格尺寸，才能显示出石墨的物理化学性质（主要看材料的真密度与电阻率、硬度和润滑）。一定要有足够的能量才能使芳香烃缩合环片状体的尺寸增加和层面间距缩小，这个能量由高温来提供。在石墨化过程的第一阶段（温度在1000~1800℃之间），所产生的变化可以看作是炭化作用的深化，微晶周围的弱极性键被切断，如CC单键和C-H、C=O等异性原子间的键，由此引起气化逸散和伴随碳原子在层面上的融并而来的微晶尺寸（微晶片状体的宽度）的增大。一般情况下，石油焦需要加热到1700℃以上片状体尺寸才有较明显的增长，而沥青焦的石墨化需要更高的起点温度。难石墨化炭（硬炭）甚至经过3000℃的高温热处理，它的L值仍然不超过7nm，平行叠合层数N还在12以下。另一方面软炭只经过1720℃的热处理，它的L值已经达到7nm，平行叠合层数已超过30。以普通级别的石油焦为原料生产普通功率石墨电极的石墨化温度应达到2500℃左右，大规格成品石墨电极的电阻率可降低到7~9u·m，真密度达到2.21g/cm3以上。以针状焦为原料生产超高功率石墨电极的石墨化温度应达到2800~3000℃，大规格超高功率石墨电极的电阻率可降低到5~6μ·m。真密度达到2.23g/cm3以上。

影响炭材料石墨化程度的外部因素主要是温度，但在高温下停留时间的长短也起一定作用，石墨化温度越高、进入石墨化稳定状态（层面间距不再有大的变化）的时间越短。而在较低的温度下石墨化，则需要很长时间才能达到类似的稳定状态。一些学者研究了石墨化过程的进行速度与温度的关系，提出如下计算公式: K=10e-A/RTS-1

式中K石墨化过程的速度常数；

A活化能常数（石油焦为37.62kJ/mol），单位为kJ/mol；R摩尔气体常数，单位为8.31J/（mol·K）；

T绝对温度，单位为K。

在石墨化高温下逗留时间的长短与石墨化程度（G）及速度常数K的关系可用下式表示

G=1-e-

式中t时间，单位为s。

某种石油焦需要达到石墨化程度为0.97时，在不同温度下理论上所需的时间见表13-1。为某种石油焦达到稳定状态的时间一温度曲线。