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1、原料 由于含碳物质原来的化学组成、分子结构的不同，碳化后这些原子团的聚集状态也不一样。易石墨化的程度也就不同。一般以内部结构是平行定向堆积，还是杂乱交错堆积来区分原料石墨化的难易程度。例如象无烟煤、石油焦、针状焦、利用中间相小球体制造成的定向焦等，由于在它们内部，大原子团的堆积大致都是平行定向的，交叉连结很少，所以它们属易于石墨化焦。相反，象糖碳，碳黑等，由于它们内部结构的聚集是杂乱的，取向不定，再加之这些材料多微孔，含有大量的氧及氢氧团，所以它们就难于石墨化。介于以上两种情况之间的有沥青焦，冶金焦等。沥青焦的原材料是经过氧化的高温沥青，含氧较多，故内部结构中交叉连结也比较多，冶金焦是含有多种有机物的烟煤的产物，微孔特别发达，交叉连结很多。沥青焦较比石油焦难石墨化，但比冶金焦要易石墨化，所以有的人将沥青焦也列为易石墨化碳的行列中。 图1-2 碳的微观结构示意图 --易石墨化碳 2---难石墨化碳 3---介于两者之间 在石墨制品生产中，选择易石墨化的原料是生产好制品的先决条件，在同样的热处理温度下，易石墨化碳更容易转变成为石墨晶体。因此，高功率、和超高功率电极都加入一定比例或全部采用针状焦来生产，必须指出的是，由于各种原料的石墨化难易程度不同，他们的石墨化温度以及在一定温度下所能达到的石墨化度也是不同的。 经过进一步研究发现，就是同属于一个系列的易石墨化碳，比如石油焦系列，或针状焦系列。由于产地等因素的不同，造成其组分有差异，易石墨化的程度也就略有不同，主要是受硫等杂质含量的影响。硫是对石墨化影响最大的杂质。一方面，硫在石墨化过程中以硫化物的形式溢出，使制品产生气涨现象，易使制品产生裂纹。另一方面，硫等这些杂质在石墨化过程中，元素中的原子会不同程度地侵入碳原子的点阵中，并在碳原子的点阵中占据位置，造成石墨晶格缺陷，使制品的石墨化程度降低。 2、温度及高温下的停留时间 高温是碳转变成石墨的主要外界条件。同种碳材料，温度越高，石墨化程度越好。不同种碳材料，开始石墨化的温度不同。石墨化程度与高温下的停留时间也有一定的关系。但效果远没有提高石墨化温度明显。 图1－3 石油焦在一定温度和时间下的层间距示意图 石油焦一般在1700℃就开始石墨化，而沥青焦则要在2000℃左右才能进入石墨化的转化阶段。石油焦在石墨化过程中，晶体增长和温度的关系及层间距与温度的关系如图所示。 图1-4晶体增长及层间距与温度的关系图 La----晶粒宽度.lC---晶粒厚度 d---相邻晶层距离 从图中可以看出，石油焦在石墨化过程中，一直到2300℃以上才接近于理想石墨结构。制品的石墨化程度和温度的关系如表。 表1－2 温度与石墨化程度的关系
表1－3同一温度下不同停留时间与电阻的关系
特别是在实际生产过程中，当达到最高温度时，往往还要保持一段时间。这是因为石墨化炉芯是由不同规格的碳制品和电阻料构成。工艺操作、原料性质、接触好坏、绝缘效果等原因，会造成各部位炉阻的不同，常常会使电流密度不均，从而造成炉内各部位温度的不一致。所以，同一石墨化炉内，炉芯中央部位和边缘部位也存在数百度的温差。因此为了保证整个炉芯的最高温度基本一致，在达到最高温度后，保持一段时间是必要的。 3、压力 提高压力对石墨化有一定的促进作用。有人把石油焦等碳化物在1～10千巴的压力下加热时发现，在1400--1500℃的低温下就开始石墨化。反之，减压加热时，对石墨化有抑止作用，实践证明，如果石墨化在真空条件下进行，则它将达不到一般大气压下能够到达的石墨化程度。但这其实只是理论研究，实际应用不到。 4、催化剂 在一定条件下，添加一定数量相应的催化剂，可以促进石墨化的进行。如：硼、铁、硅、钛、镍、镁及其某些化合物等等。催化剂的添加一般是以极细的粉末加入，由于它们的性质不同，对石墨化的促进机理和效果也不同。大致分两类。 （1）不溶－淀析机理 无定型碳融解于有催化作用的添加物中，如铁、钴、镍等。形成这些金属和碳的熔合物，通过化合物内部的原子重排，使碳作为石墨的结晶而析出。如溶铁的碳析出时，可得到单晶石墨。 （2）碳化物的形成－分解机理 无定型碳与有催化作用的添加物形成碳化物，碳化物在高温下分解即生成石墨和金属蒸气。这种机理与碳化物的转化理论是类似的。 作为碳的催化剂，在元素周期表上有一定的规律，研究表明ⅠB、ⅡB族金属元素对碳的石墨化没有催化作用，而其它过渡元素则有催化作用。 表1-4各种金属的催化效应
催化剂的添加有其最佳的加入量。过多的添加不仅使得催化作用不明显，而且会成为防碍石墨晶体生成的杂质，正如碳化物转化理论一节中提到的：当石墨化度较低时，某些矿物杂质对石墨化有催化作用，但催化机理不局限于生成碳化物这种形式。当石墨化度较高时，矿物杂质的存在往往会使石墨晶格形成某种缺陷，妨碍石墨化度的进一步提高。 目前石墨电极中常以铁粉或铁的氧化物做添加剂。 图1-5 同一温度下三氧化二铁粉的加入量与石油焦石墨转化度的关系示意图 从图中曲线可见，在同一温度下随着三氧化二铁含量的提高，石墨化度提高，但到3％以上，则曲线趋于水平。 在实际生产中，我们经常遇到和分析的主要是前两项，即原料和温度。至于压力和催化剂，虽然理论上对石墨化有影响，但未到能应用于实际分析的程度。
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