Процесс графитации представляет собой процесс термической обработки при нагревании. На каждой температурной стадии процесса графитации происходят как эндотермические, так и экзотермические процессы, которые можно разделить на следующие три стадии:

Первая стадия (1000~1800℃): При более высокой температуре, чем обжарка, продукт дополнительно выделяет летучие вещества, и все оставшиеся алифатические цепи, связи C-H, C=0 и т. д. разрываются одна за другой в этом температурном диапазоне; В это же время разряжаются и мономеры или простые молекулы (CH, CO, CO2 и т. д.), такие как атомы углерода, водорода, кислорода, азота и серы между слоями хаотической структуры. Часть хаотично распределенных плоских молекул объединяется в крупные молекулы. Эндотермический процесс в этом диапазоне температур представляет собой в основном продолжение химических реакций. При этом происходит и физический процесс, который проявляется в исчезновении части микрокристаллических границ. Первоначальная энергия интерфейса выделяется в виде тепла, которое служит движущей силой, способствующей упорядочению гексагональной сетки углерода. Рентгеноструктурный анализ показывает, что в этом диапазоне температур укладка атомов углерода существенно увеличивается, а их упорядоченное расположение происходит в двумерной плоскости размером не более 8 нм. Макромолекулы по-прежнему имеют хаотическую слоистую структуру.

Вторая стадия (1800~2400К): На этой стадии возможны две ситуации. Во-первых, по мере повышения температуры система получает больше энергии. Частота и амплитуда тепловых колебаний атомов углерода увеличиваются. Под действием закона минимума свободной энергии слой сетки переходит в трехмерную структуру графита, а расстояние между слоями уменьшается. При этом амплитуда атомов углерода, параллельных плоской сетке, увеличивается, линии дислокаций и границы зерен на плоскости кристалла постепенно исчезают, и выделяется скрытая теплота. При температуре 2000 К приращение энтропии системы достигает своей самой низкой точки и будет продолжаться выше 2000 К, как показано на кривой разности энтропии на рисунке (13-6). В спектре рентгеновской дифракции графита, обработанного при этой температуре, постепенно появляются относительно резкие линии (hko), (001) и некоторые линии (hkl), что свидетельствует о реализации трехмерного упорядочения. Это процесс отжига, в ходе которого высвобождается внутренняя энергия. Другая параллельная реакция заключается в том, что при температуре 2000–2400 К некоторые примеси образуют карбиды (в основном карбид кремния) и при последующих более высоких температурах разлагаются на пары металла и графит. Кроме того, при температурах, близких к 2400 К, начинается испарение углерода и появление термических дефектов, что потребляет энергию. Поскольку эти процессы происходят чаще в диапазоне температур от 2000 до 2400 К, система поглощает тепловую энергию, что проявляется в новом увеличении изменения энтропии.

Третья стадия (выше 2400 К): При температуре 2400 К зерна графитизируемых углеродов, таких как обычный нефтяной кокс и асфальтовый кокс, вырастают в среднем до 10–150 нм в направлении оси a и примерно до 60 слоев (около 20 нм) в направлении оси c. Вследствие упорядочения на предыдущем этапе зерна сжимаются, а зазор между границами зерен расширяется. Если следовать механизму роста зерен, описанному выше, то даже при дальнейшем повышении температуры зерна не смогут сблизиться друг с другом и не смогут объединиться в более крупные зерна. В это время рост зерен должен основываться на новом механизме, а именно на процессе рекристаллизации.