Grafitizasyon işlemi, hem endotermik hem de ekzotermik reaksiyonların üç faza ayrılabilen farklı sıcaklık aşamalarında meydana geldiği bir ısıl işlem prosedürüdür:
Faz 1 (1000-1800 derece):Kalkalaşmadan daha yüksek sıcaklıklarda, malzeme uçucuları daha da serbest bırakır. Kalan tüm alifatik zincirler, CH bağları, c=o bağlar, vb. Bu sıcaklık aralığında kırın. Karbon, hidrojen, oksijen, azot ve düzensiz tabaka yapıları arasındaki kükürt monoatomik veya basit molekülleri (CH, CO, CO₂) de sınır dışı edilir. Bazı rastgele dağılmış düzlemsel moleküller, daha büyük moleküller oluşturmak için birleşir. Bu aşamadaki endotermik reaksiyonlar, öncelikle sürekli kimyasal reaksiyonları içerir, bazı mikrokristalin sınırlarının kaybolduğu fiziksel süreçlerin yanı sıra, karbon altıgen ağların sırasını yönlendiren arayüzey enerjisini ısı olarak serbest bırakır. X-ışını analizi, bu sıcaklık aralığında, karbon atomik tabakalarının istiflenmesinin, turbostratik bir yapıyı koruyarak 8 nm'yi aşmayan iki boyutlu düzlemlerde düzenli düzenlemenin önemli ölçüde artmadığını göstermektedir.
Faz 2 (1800-2400k):Bu aşamada iki fenomen ortaya çıkar: sıcaklık arttıkça sistem daha fazla enerji kazanır. Karbon atomları, minimum serbest enerji prensibine tabi olarak artan termal titreşim frekansı ve genliği sergiler. Kafes tabakaları, ara katman mesafeleri küçülen üç boyutlu bir grafit yapıya geçer. Eşzamanlı olarak, kristal düzlemlerdeki çıkıklar ve tane sınırları yavaş yavaş kaybolur ve gizli ısıyı serbest bırakır. 2 0 00K ile sistemin entropi artışı en düşük noktasına ulaşır. Bu sıcaklıkta işlenen grafitin X-ışını kırınım paternleri, üç boyutlu sıralamayı gösteren daha keskin (HK0), (001) ve bazı (HKL) çizgileri gösterir.
Aynı zamanda, 2000-2400K arasında, bazı safsızlıklar, daha yüksek sıcaklıklarda metal buharlara ve grafitlere ayrışan karbürler (esas olarak silikon karbür) oluşturur. Ek olarak, 2400K yakınında, karbon buharlaşmaya başlar ve enerji tüketen termal kusurlar yaratır. Bu süreçler 2000-2400K arasında hakimdir, bu da sistemin ısıyı emmesine ve yenilenen bir entropi artışı sergilemesine neden olur.
Faz 3 (2400K'nın üzerinde):Petrol Kola ve 2400K'da Pitch Coke gibi kolayca grafitlenebilir karbonlar için, kristalitler ortalama 10-150 nm boyutuna büyür.a-eksen ve ~ 60 kat (~ 20 nm)c-Axis. Önceki fazdan sipariş edilen yeniden yapılandırma, kristalit kasılmasına neden olur, tahıllar arası boşluklar genişler. Geleneksel büyüme mekanizmaları altında, daha fazla sıcaklık artışları daha büyük kristalitler oluşturmak için bu boşlukları köprülemez. Bunun yerine, büyüme yeni bir mekanizma yoluyla ilerler: yeniden kristalleşme.
Burada, grafitizasyon sistemi karbon atomları/molekülleri (C, C₂, C₃, C₄, vb.) İle doyurulur ve katı ve gaz fazlarının yeniden oluşturulması arasında kuvvetli madde değişimini sağlar.
Grafitizasyon aşamaları üst üste biniyor. Kalsilasyon/karbonizasyonun biraz üzerindeki sıcaklıklarda, ayrışma-polimerizasyon reaksiyonları meydana gelir. 1700-2400k arasında, karbür oluşumu/ayrışmasının desteklenmesi, tavlama ve mikrokristalin büyümesi baskındır. 2400K'nın üzerinde, karbon göçü yoluyla yeniden kristalleşme birincil hale gelir. Kolayca grafitlenebilir karbonlar, lokal endotermik adımlar artan sistem entropisi ve stabilitesine rağmen homojen/heterojen grafitizasyon-net ekzotermik geçirir.
Hard-to-graphitize carbons require higher temperatures (>3200K) heterojen kristalizasyon için. Çapraz bağlantılar kırılır ve süblimleştirilmiş karbonun hızla ince grafit kristalitlerine dönüştüğü birden fazla çekirdeklenme bölgesi oluşturur.
