气相炭化(carbonization in gas phase)

低分子烃类在700～1600℃的温度范围内，通过气态分子的深度热解反应而最终导致生成固体炭的炭化过程。这一过程的初始反应步骤也是首先通过烃分子的最初热解，即最弱键的断裂，热解反应的机制表现为化学键的均裂而生成两个单自由基，进而发生自由基的聚合，出现苯环的核，并经由多环芳烃(或其自由基)的中间产物并最终聚合成炭。从低环数的多环芳烃通过气相热解生成产物的分析表明，高温气相热解的产物组成分布大致相同于中温液相热解生成的产物组成。故而国际上著名学者如日本大谷杉郎和德国菲采尔(E.Fitzer)都认为“在纯粹气相中生成焦油状物质的炭化，基本上经历了与在液相中的炭化同样的路径”。

气相炭化过程区别于液相和固相炭化的主要特点为：(1)高温。除了最稳定的烃分子甲烷的初始分解温度(常压683℃)接近气相炭化的下限温度外，一般低分子烃类的初始分解温度远低于气相炭化反应温度，故它在炭化温度下极不稳定，其热分解速率很高。因而，气相炭化反应的成炭速率一般都十分快，且温度愈高，成炭速率愈快。热解炭及热解炭黑从原料进入反应器到生成固体炭产物，在数秒内达到，而炭黑的生成在千分之一到千分之几秒内完成。这样的快速反应只有通过活泼自由基的聚合反应才能进行。由于炭化速率如此之快，带来了研究炭化反应机理(即化学上表现出来的长过程的各个单元步骤)的高难度，在学术界常常出现不同学术观点的对立和争论。(2)气相炭化反应的高温和快速，制约了反应物分子所处的环境对炭化过程的本性及产物的结构和性质。

迄今，以下3种特定情况已被发现和阐明：(1)纯粹气相中的炭化(这一个别情况又区分为反应物为纯烃类或烃和氧的混合气体)；(2)气相中有作为沉炭基体的固体表面存在(此个别情况又区分为固体表面系惰性表面或具有催化性质)；(3)气相中有活性金属微粒(纳米级)存在。烃类分子在气相中经历了均相热解或非均相热解的持续炭化反应，导致了固体炭产物十分迥异的外貌形态和内部组织结构，从而赋予各种气相炭亚类型以不同性能和用途。

除了上述常见的气相炭化的温度范围(700～1600℃)外，热解石墨的制备温度高达2000～2100℃。1960年，培根(R.G.BaCon)曾在实验室里以电弧爆炸法将石墨电极气化后制得石墨晶须，这个过程的反应温度肯定已经大大高出2000℃。1990年，德国人克雷希默(w.Krae,schmer)等采用了石墨电弧气化法合成了宏观数量的举世闻名的巴基球，开辟了新型炭材料的新世界。可以预期，气相炭化的多样性将预示着新型炭材料开发的光辉前景。