Dlaczego materiały koksowe, takie jak koks naftowy, można przekształcić w grafit i jakie warunki są wymagane do konwersji? Zrozumienie tego problemu jest pouczające dla opanowania procesu grafityzacji arkuszy grafitowych.
Grafit jest węglem krystalicznym, podczas gdy ogólnie węgiel jest węglem amorficznym - węglem amorficznym. Tutaj dalej przedstawiamy różnice w mikrostrukturze między nimi.
Obserwując naturalny grafit pod mikroskopem elektronowym, można zauważyć, że grafit jest wielo-warstwowym laminowanym kryształem składającym się z arkuszy w kształcie sześciokątnego pierścienia- pomiędzy atomami węgla. Pomiędzy środkowymi warstwami korpusu lamelarnego tego kryształu istnieje pewien porządek ułożenia. Jeden z narożników sześciokątnego pierścienia w górnej warstwie korpusu blaszkowego znajduje się w środku sześciokątnego pierścienia sąsiedniej warstwy korpusu blaszkowego. Pierwsza warstwa jest całkowicie symetryczna z trzecią warstwą, a druga warstwa jest całkowicie symetryczna z czwartą warstwą. Sąsiednie warstwy są względem siebie całkowicie symetryczne. Odległość wynosi 3,354 Angstremów (Uwaga: Angstrem to jednostka miary długości fali światła widzialnego, która jest równa stu milionowej części 1 centymetra, czyli A=10_8 centymetrów). Odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi atomami węgla w każdej sześciokątnej strukturze pierścieniowej korpusu arkuszowego wynosi 1,42 Angstremów.
Z chemicznego punktu widzenia węgle łatwo ulegające grafityzacji, takie jak koks naftowy i koks pakowy, są złożonymi organicznymi związkami polimerowymi ze skondensowanymi pierścieniami węglowodorów aromatycznych jako podstawową jednostką strukturalną. Ze względu na różne temperatury koksowania, masy cząsteczkowe tych związków polimerowych są również różne.
Mają one wspólną cechę, tj. im wyższa temperatura koksowania, tym większa masa cząsteczkowa, a związki polimerowe ze skondensowanymi pierścieniami węglowodorów aromatycznych, ponieważ podstawowe jednostki strukturalne podczas tworzenia makrocząsteczek rozwijają się najpierw w kierunku płaskim. W temperaturze kalcynacji, chociaż ten związek polimerowy ze skondensowanymi pierścieniami węglowodorów aromatycznych jako podstawową jednostką strukturalną nadal łączy się w kierunku płaskim, masa cząsteczkowa staje się coraz większa, a pierwiastki takie jak wodór, tlen i azot stopniowo maleją.
Jednak wśród wielu płaskich makrocząsteczek nie ma regularnego nakładania się. Choć niektóre wchodzą już w stan uporządkowania, odległość pomiędzy warstwami planarnych makrocząsteczek jest duża, dlatego nie wykazują one właściwości fizycznych naturalnego grafitu.