흑연화 공정

흑연화 공정은 가열 열처리 공정이며, 흑연화 공정의 각 온도 단계에는 열 흡수 및 발열 공정이 있으며, 다음의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

        1단계(1000~1800℃): 로스팅보다 높은 온도에서 제품은 휘발성 성분을 더욱 방출하고, 이 온도 패러다임 내에서 국내 연속 파괴; 탄소 원자, 수소, 산소, 질소, 황 등의 층 사이의 지저분한 층 구조 또는 단량체(CH, CO, CO2 등)의 단순 분자도 이때 방출됩니다. 이 온도 구역에서 큰 분자로 결합된 평면 분자의 혼란스러운 분산의 일부는 열 흡수 과정이 주로 화학 반응의 연속입니다. 동시에 물리적 과정도 있으며, 미세 결정 경계의 일부가 사라지고, 원래 계면 에너지가 열 방출 형태로 나타나 탄소 육각형 격자 정렬을 촉진하는 원동력이 됩니다. X선 분석 결과, 이 온도 범위에서 탄소 원자의 적층은 2차원 평면에서 질서 있는 배열이 현저히 증가하는 수준으로 이루어졌으며, 2차원 평면의 크기는 8nm를 넘지 않아 거대 분자는 여전히 혼란스러운 층상 구조입니다.

        두 번째 단계(1800~2400K): 이 단계에서는 두 가지 경우가 있는데, 하나는 온도가 상승함에 따라 시스템이 더 많은 에너지를 얻는 것입니다. 탄소 원자의 열 진동 주파수가 증가하고 진폭이 증가하며, 최소 자유 에너지 법칙에 의해 지배되고, 흑연 구조의 3차원 배열에 대한 격자 준위가 과도하고 층 사이의 거리가 감소합니다. 동시에 평면 격자에 평행한 방향을 따라 탄소 원자의 진폭이 증가하고 결정 평면의 전위선과 결정립 경계가 점차 사라지면서 잠열이 방출됩니다. 2000K까지 시스템의 엔트로피 이득이 가장 낮은 지점으로, 그림(13-6)에 표시된 엔트로피 차이 곡선 위의 2000K까지 계속됩니다. 이 온도 처리된 흑연의 X선 회절 스펙트럼은 비교적 날카로운 (hko), (001) 및 일부 (hkl) 선이 점진적으로 나타나 3차원 정렬을 수행한 것으로 나타났는데, 이는 어닐링 공정의 내부 에너지 방출과 같은 현상입니다. 또 다른 병렬 반응은 2000~2400K에서 일부 불순물이 탄화물(주로 탄화규소)을 생성하고, 이후 고온에서 금속 증기와 흑연으로 분해되는 것입니다. 또한, 2400K 부근에서는 탄소가 증발하기 시작하고 열 결함이 나타나며, 이 모든 것이 에너지를 소모합니다. 이러한 과정은 2000~2400K에서 더 자주 발생하기 때문에 시스템이 열에너지를 흡수하여 엔트로피가 다시 증가합니다.

        3단계(2400K 이상): 일반 석유 코크스와 아스팔트 코크스 및 기타 쉽게 흑연화되는 탄소는 2400K 온도에서 a축 방향의 입자가 평균 10~150nm로 성장하고 c축 방향은 약 60층(약 20nm)에 이릅니다. 상단 단계의 정렬로 인해 입자가 수축되고 입자 간극이 확대됩니다. 위에서 논의한 입자 성장 메커니즘이라면 온도 캐비닛을 계속 높이더라도 입자가 서로 가까워질 수 없고 더 큰 입자로 결합될 수 없으며 입자의 성장은 새로운 메커니즘, 즉 재결정 과정에 의존해야 합니다.

       이 재결정 과정은 한편으로는 탄소 원자의 분자 내부 또는 분자 사이에서 탄소 평면 분자가 이동하여 격자 미세화 및 3차원 배열되는 반면, 다른 한편으로는 2400K 이상의 고온에서는 탄소 물질의 증발 속도가 온도와 함께 기하급수적으로 증가합니다.

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