碳材料的石墨化装置及石墨化方法

技术领域

本申请属于材料加工技术领域，具体涉及一种碳材料的石墨化装置及石墨化方法。

背景技术

石墨化是石墨制品生产的关键工序。通过2000℃以上的热处理，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重迭转变为三维空间的有序重迭。

在先技术中，碳材料的石墨化处理通过是通过将设备加热到对应的稳定后，来提高碳材料的石墨化程度。

但是，传统的设置在温度要维持在2000摄氏度以上时，成本较高，且稳定性较差。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种碳材料的石墨化装置及石墨化方法，能够解决现有技术中碳材料的石墨化处理的成本较高且稳定性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种碳材料的石墨化装置，用于提高碳材料的碳含量，包括装置主体、移料组件和加热组件，所述装置主体具有容纳空间，所述移料组件和所述加热组件至少部分地处于所述容纳空间内；

所述移料组件包括第一卷绕器和第二卷绕器，所述第一卷绕器和所述第二卷绕器相间隔地设置，所述第一卷绕器和所述第二卷绕器用于卷绕所述碳材料，所述第一卷绕器用于释放所述碳材料，所述第二卷绕器用于收束所述碳材料，所述碳材料在石墨化过程中至少部分地处于所述第一卷绕器和所述第二卷绕器之间；

所述加热组件至少部分地处于所述第一卷绕器和所述第二卷绕器之间，所述加热组件用于加热所述第一卷绕器和所述第二卷绕器之间的所述碳材料，以提高所述碳材料的含碳量。

第二方面，本申请实施例提供了一种碳材料的石墨化方法，所述石墨化方法的步骤包括：

将碳材料卷绕至第一卷绕器，并将所述碳材料的一端与第二卷绕器连接；

将加热组件与所述碳材料连接，此时所述碳材料将至少部分地处于容纳空间内；

在所述容纳空腔内填充惰性气体，封闭所述容纳空间，通过所述加热组件对所述碳材料进行加热；

通过所述第一卷绕器和所述第二卷绕器的转动，逐步将所述第一卷绕器上的所述碳材料通过高温石墨化处理，并将石墨化处理后的所述碳材料卷绕至所述第二卷绕器上。

在本申请实施例中，装置主体的设置可以承载移料组件和加热组件，以便于对碳材料进行加热，进而提高碳材料的含碳量，进而提高碳材料的石墨化程度。移料组件的设置可以带动碳材料进行活动，进而可以使碳材料进行逐步石墨化，在碳材料的活动过程中可以对整个碳材料进行充分的石墨化处理。加热组件的设置用于对碳材料进行加热，以提高碳材料的石墨化，通过与移料组件的配合仅需要对碳材料进行局部加热就行，可以降低高温维持的成本。具体地，第一卷绕器和第二卷绕器的设置可以通过卷绕的方式对碳材料进行逐步石墨化处理。本申请的实施例具有可以对碳材料进行逐步石墨化处理，稳定性较高，且仅需要保持局部高温成本较低的有益效果。

附图说明

图1是本申请一种实施例中碳材料的石墨化装置的结构示意图；

图2是本申请另一种实施例中碳材料的石墨化装置的结构示意图；

图3是本申请实施例中碳材料的石墨化方法的流程示意图。

附图标记说明：

10、装置主体；11、容纳空间；20、移料组件；21、第一卷绕器；22、第二卷绕器；30、加热组件；31、第一连接部；32、第二连接部；40、碳材料。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的碳材料的石墨化装置及石墨化方法进行详细地说明。

参见图1和图2，本申请的实施例提供了一种碳材料40的石墨化装置，用于提高碳材料40的碳含量，包括装置主体10、移料组件20和加热组件30，所述装置主体10具有容纳空间11，所述移料组件20和所述加热组件30至少部分地处于所述容纳空间11内；

所述移料组件20包括第一卷绕器21和第二卷绕器22，所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22相间隔地设置，所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22用于卷绕所述碳材料40，所述第一卷绕器21用于释放所述碳材料40，所述第二卷绕器22用于收束所述碳材料40，所述碳材料40在石墨化过程中至少部分地处于所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22之间；

所述加热组件30至少部分地处于所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22之间，所述加热组件30用于加热所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22之间的所述碳材料40，以提高所述碳材料40的含碳量。

在本申请实施例中，装置主体10的设置可以承载移料组件20和加热组件30，以便于对碳材料40进行加热，进而提高碳材料40的含碳量，进而提高碳材料40的石墨化程度。移料组件20的设置可以带动碳材料40进行活动，进而可以使碳材料40进行逐步石墨化，在碳材料40的活动过程中可以对整个碳材料40进行充分的石墨化处理。加热组件30的设置用于对碳材料40进行加热，以提高碳材料40的石墨化，通过与移料组件20的配合仅需要对碳材料40进行局部加热就行，可以降低高温维持的成本。具体地，第一卷绕器21和第二卷绕器22的设置可以通过卷绕的方式对碳材料40进行逐步石墨化处理。本申请的实施例具有可以对碳材料40进行逐步石墨化处理，稳定性较高，且仅需要保持局部高温成本较低的有益效果。

需要说明的是，第一卷绕器21和第二卷绕器22上可以设置能够替换的卷筒结构，碳材料40可以卷绕在卷筒上，在本申请石墨化装置处理后，可以将石墨化处理后的碳材料40依旧卷绕在卷筒上，方便碳材料40的携带和替换。

需要说明的是，高温下，碳材料40的含碳量会发生变化，比如原来碳含量为93％，经过本申请的装置处理后可以达到99％-100％，使其具备高模量高强度。

可选地，在本申请的实施例中，所述加热组件30为电加热组件，所述电加热组件包括电源，所述电源用于加热所述碳材料40，所述碳材料40至少部分地与所述电源导通。

在本申请实施例中，上述结构中碳材料40可以作为电阻加设在电源的电路中，通过电源对碳材料40施加一定的输出电压和输出电流实现对碳材料40的局部加热，在加热位置的碳材料40达到石墨化要求后，可以在第一卷绕器21和第二卷绕器22的作用下，将未加热的部分碳材料40加设在电源的电路中，以实现对碳材料40的逐步石墨化。本申请的实施例还可以采用其他结构的加热方式进行加热，不限于电加热方式，比如燃烧方式等。也可以采用间接的电加热，不用将碳材料40与电源导通。

需要说明的是，可以通过改变碳材料40与电源导通的长度来改变碳材料40加热位置的电阻大小。

可选地，在本申请的实施例中，所述加热组件30还包括第一连接部31和第二连接部32，所述电源的正极与所述第一连接部31连接，所述电源的负极与所述第二连接部32连接；

所述第一连接部31和所述第二连接部32分别活动连接于所述碳材料40的不同位置，所述第一连接部31和所述第二连接部32通过所述碳材料40与所述电源导通。

在本申请实施例中，上述结构中可以通过第一连接部31和第二连接部32来对碳材料40施加一定的输出电压和输出电流，进而实现对碳材料40的局部加热，以对加热位置的碳材料40进行石墨化处理。在第一连接部31和第二连接部32分别活动连接于碳材料40的不同位置后，可以在移料组件20的配合下，改变第一连接部31和第二连接部32相对于碳材料40的连接位置。

需要说明的是，可以通过改变第一连接部31和第二连接部32的间距来改变碳材料40加热位置的电阻大小。

可选地，在本申请的实施例中，所述加热组件30还包括温度控制器，所述温度控制器与所述电源连接，所述温度控制器通过控制所述电源的输出电压和输出电流，来改变所述碳材料40的温度。

在本申请实施例中，上述结构中的温度控制器可以对碳材料40的温度进行控制，进而可以通过改变温度的方式改变碳材料40的石墨化程度。通常情况下，可以将碳材料40加热至2000摄氏度及以上，也可以为2300摄氏度、2500摄氏度等。

需要说明的是，本申请的加热组件30时对碳材料40的局部进行加热的，可以有效地降低加热成本，并且在温度控制器的作用下，可以有效地维持碳材料40的局部温度，使石墨化程度更稳定，保持碳材料40石墨化后的均匀性。

可选地，在本申请的实施例中，所述容纳空间11为密封空间，所述容纳空间11内填充惰性气体。

在本申请实施例中，上述结构可以使石墨化装置更加稳定可靠，惰性气体的填充可以保证碳材料40加热的稳定性。惰性气体可以为氮气或者其他惰性气体。

可选地，在本申请的实施例中，所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22均处于所述容纳空间11内；

或者，所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22中的至少一者处于所述容纳空间11外侧，其中，所述碳材料40至部分地处于所述容纳空间11内。

在本申请实施例中，上述介绍了两种移料组件20的设置方式，可以根据需要将第一卷绕器21和第二卷绕器22均处于容纳空间11内，也可以将第一卷绕器21和第二卷绕器22中的至少一者处于容纳空间11外侧。其中，第一卷绕器21和第二卷绕器22均处于容纳空间11内的方案，可以提高容纳空间11的密封性，保证石墨化装置的稳定性；将第一卷绕器21和第二卷绕器22中的至少一者处于容纳空间11外侧的方式，可以方便碳材料40的替换，提高生产效率。

可选地，在本申请的实施例中，所述移料组件20还包括驱动件，所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22中的至少一者与所述驱动件连接；

在本申请实施例中，驱动件的设置可以带动第一卷绕器21和第二卷绕器22中的至少一者进行转动，进而实现卷绕的效果，可以根据需要仅第一卷绕器21和第二卷绕器22中的一者驱动件，也可以在第一卷绕器21和第二卷绕器22上分别设置一个驱动件，驱动件可以设置为驱动电机。也可以设置为液压缸与齿轮齿条的配合结构，只有可以带动第一卷绕器21或第二卷绕器22转动即可。

可选地，在本申请的实施例中，所述移料组件20还包括驱动件，所述驱动件与所述碳材料40连接，所述驱动件通过带动碳材料40活动，以间接带动所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22转动。

在本申请实施例中，上述结构中可以通过带动碳材料40活动来间接带动第一卷绕器21和第二卷绕器22转动，在碳材料40强度较低时，优先采用将驱动件与第一卷绕器21或第二卷绕器22连接。

需要说明的是，本申请的碳材料40可以为碳纤维、碳纳米管纤维或含碳复合材料，也可以为其他形式的碳材料40。

参见图3，本申请的实施例还提供了一种碳材料40的石墨化方法，所述石墨化方法的步骤包括：

步骤S101：将碳材料40卷绕至第一卷绕器21，并将所述碳材料40的一端与第二卷绕器22连接；

上述步骤可以将碳材料40进行卷绕，以为石墨化处理做好准备，在碳材料40的一端与第二卷绕器22连接后，可以通过第一卷绕器21和第二卷绕器22联动的方式，将碳材料40逐步由第一卷绕器21转移到第二卷绕器22上，以便于对所有的碳材料40进行逐步石墨化处理。

步骤S102：将加热组件30与所述碳材料40连接，此时所述碳材料40将至少部分地处于容纳空间11内；

上述步骤可以通过加热组件30对碳材料40进行加热，加热组件30的具体工作方式上述已有具体描述，这里不在赘述，通过对碳材料40加热到一定温度(2000摄氏度及以上)后，可以提高碳材料40的石墨化程度，进而实现碳材料40的石墨化处理。上述步骤可以为加热组件30的加热做好准备，以便于使加热组件30的加热过程更加稳定可靠。

步骤S103：在所述容纳空腔内填充惰性气体，封闭所述容纳空间11，通过所述加热组件30对所述碳材料40进行加热；

上述步骤可以通过惰性气体的填充来保证碳材料40加热的稳定性，在封闭容纳空间11后，可以更有利于碳材料40加热位置温度的维持，保证碳材料40的石墨化更加均匀。在加热组件30对碳材料40进行加热，并将温度提高到对应的石墨化温度后，就可以提高碳材料40加热位置的石墨化程度。

步骤S104：通过所述第一卷绕器21和所述第二卷绕器22的转动，逐步将所述第一卷绕器21上的所述碳材料40通过高温石墨化处理，并将石墨化处理后的所述碳材料40卷绕至所述第二卷绕器22上。

上述步骤可以逐步对所有的碳材料40进行石墨化处理。具体地，在碳材料40由第一卷绕器21转移到第二卷绕器22的过程中，卷绕中的碳材料40会逐步被加热组件30加热，并提高石墨化程度，最终实现对所有的碳材料40进行逐步石墨化处理的效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。