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煤沥青是一大群稠环芳烃化合物及其衍生物的混合物，其中已经确认出的化合物已有几百种之多，因此煤沥青的炭化过程相当复杂。煤沥青炭化时随着温度的升高，将发生如下所示的多阶段反应，这些反应可以概括为两类：前期以热分解反应为主，后期以热缩聚反应为主，随着缩合环数的增多，稠环芳烃的热稳定性则增高。
当沥青被加热后软化熔融成为各向同性的基质，当它们被加热到350～480℃并维持一段时间，存在于各向同性基质中的芳香族分子产生脱氢缩聚等反应，逐步形成分子量大且热力学稳定的稠环芳烃分子的层片。这些稠环芳烃分子片层在范德华力和热扩散作用下平行叠砌，形成球形的可塑性物质，这就是小球体形成前的胚核，它们存在于各向同性的具有较低粘度的母向基质中。为了使体系的表面能最小，故要保持最小的表面积，即呈球体。这种初生球不断吸收周围流动的母相基质而长大。与此同时，在热扩散作用下，新的初生球体不断产生，母相基质中小球体浓度增加，容易产生单球体之间的接触，融并成复球。复球内部分子又进行重排和有序化，吸收周围流动的基质后成为较大球体。
较大球体又相互接触融并成更大的复球。如此反复，直至各向同性的母相基质因被小球体吸收而粘度迅速增大后，小球体的表面张力再也不能维持其球体形状时，在流动相中逸出气体的压力及剪切应力的作用下产生流变，成为流动态的各向异性区域固化，最终光学各向异性的焦炭。
随着中间相阶段分子的预定向，形成明显的各向异性，这种有序结构为产生尽可能规整的石墨结构奠定了基础，因此中间相小球体的形成对炭素原料的难易石墨化有决定作用。
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