在半石墨化过程中，碳元素的排列方式会发生显著的变化。这个过程主要是一个涉及碳原子重新排列的热处理过程，以下是对其排列方式变化的详细分析：

　　一、初始状态

　　在石墨化过程开始之前，碳材料（如石油焦）中的碳原子通常处于无序或部分有序的状态。这些碳原子可能以多种形态存在，包括乱层结构、脂肪族链、C-H键、C=O键等。

　　二、第一阶段变化（1000~1800℃）

　　挥发分排出：在这个阶段，制品会进一步排出挥发分，包括残留的脂肪族链、C-H、C=O键等，以及乱层结构中的碳原子、氢、氧、氮、硫等单体或简单分子（如CH、CO、CO2等）。

　　碳原子排列变化：一部分杂乱分散的平面分子会结合成大分子。同时，一部分微晶边界会消失，原来的界面能以热的形式放出，作为促进碳六角网格有序化的动力。在这个阶段，碳原子层面的堆积并没有明显的增大，它们的有序排列主要是在二维平面内进行的，二维平面尺寸不超过8nm，大分子仍然是乱层结构。

　　三、第二阶段变化（1800~2400K）

　　网格层面变化：随着温度的上升，体系获得更多的能量。碳原子热振动频率增加，振幅增大。受最小自由能规律的支配，网格层面向三维排列的石墨结构过渡，层间距离缩小。

　　晶体结构变化：与此同时，碳原子沿平行于平面网格方向的振幅增大，晶体平面上的位错线和晶界逐渐消失，放出潜热。到2000K时，体系的熵增量达到最低点。在这一温度下处理过的石墨的X射线衍射谱内逐渐出现比较尖锐的(hko)、(001)和一些(hkl)线，证明已进行了三维有序排列，这是一种放出内能的退火过程。

　　杂质反应：在2000~2400K的温度范围内，有些杂质会生成碳化物（主要是碳化硅），并在其后的更高温度下分解为金属蒸气和石墨。除此以外，在接近2400K时碳开始蒸发，出现热缺陷，这些都要消耗能量。

　　四、第三阶段变化（2400K以上）

　　晶粒成长：一般的石油焦和沥青焦等易石墨化炭在2400K温度下，晶粒的a轴方向平均长大到10~150nm，c轴方向约达60层（约20nm）。由于上阶段的有序化引起晶粒的收缩，晶粒界面间隙有所扩大。此时晶粒的成长要靠新的机理来实现，即再结晶过程。

　　再结晶过程：一方面是碳平面分子内部或分子间的碳原子移动，进行晶格的完善化和三维排列；另一方面，在2400K以上的高温下，碳物质的蒸发率随温度的升高指数式地增大。此时，在石墨化体系中，充满着C、C2、C3(C2+C)、C4(C3+C)等碳原子和分子气体，在固相和气相间进行着极其活跃的物质交换——再结晶。

　　综上所述，半石墨化过程中碳元素的排列方式从无序或部分有序状态转变为高度有序的石墨晶格结构。这个过程涉及高温处理，使碳原子获得足够的能量来克服它们之间的结合能，从而能够进行重排。随着温度的升高和时间的推移，碳原子逐渐移动到更有利于形成石墨结构的位置，最终形成一个连续的、高度有序的石墨层。