艾奇遜石墨化爐的發(fā)展已經(jīng)有很長的歷史, 目前國內人造石墨行業(yè)中一般多采用艾奇遜爐。石墨烯這種爐結構簡單、堅固耐用、容易維修,一直是我國炭素行業(yè)中備受青睞的石墨化設備。艾奇遜石墨化爐按加熱方式來分類屬于直接加熱式爐。所謂直接加熱,就是制品本身是導電體,通過電阻加熱,從而使制品完成石墨化。石墨烯設備早期艾奇遜石墨化爐采用的是交流電,但交流電存在著功率小、電流密度低、功率因數(shù)低、送電時間長等缺點。20世紀60年代后隨著整流設備的快速發(fā)展, 艾奇遜石墨化爐開始采用直流供電,大大降低了能耗。
石墨化的表述很多,簡單來說,石墨化就是熱處理。石墨烯使原本分布雜亂無章的碳原子整齊排列。值得注意的是,不管是大規(guī)格的各向同性石墨,還是小規(guī)格的電刷、導電滑塊,甚至是鋰離子電池負極材料等一系列的炭—石墨制品,石墨化都是其工業(yè)生產(chǎn)過程的一個關鍵技術環(huán)節(jié)。石墨化按照加熱方式可分為直接法和間接法,按照運行方式可分為間歇式和連續(xù)式。石墨化工藝是炭石墨類鋰離子電池負極材料生產(chǎn)的重要工藝,石墨化度 是鋰離子電池負極材料的重要指標。海南石墨烯在石墨化溫度提高到接近2200℃時,鋰離子電池負極材料的雜質基本上已經(jīng)被排除。要對材料進行石墨化,就要用到加工設備——石墨化爐。
實驗高溫石墨化爐雖然都是采用電熱,但按其電熱的方式,可分為直接式和間接式,按作業(yè)方式可分為間歇式和連續(xù)式,按功能分為單一式和聯(lián)合式。海南石墨烯直接式是指電流要直接通過制品,因焦耳熱升溫,是以制品本身為電阻的電阻爐型。屬于直接式的爐型有艾奇遜爐和串接式爐。這兩者的區(qū)別在于艾奇遜爐需要在制品周圍填加電阻料。石墨烯電極和電阻料串聯(lián),而電極的電阻比電阻料的電阻要小得多,所以制品從本身電阻獲得的熱量較少,大部分是靠電阻料的傳熱而獲得石墨化所需熱量的,串接式爐在制品周圍則不需填加電阻料(在制品接頭處填加的少量填料主要是為了降低接觸電阻的)。電流全部通過制品本身,制品本身的電阻是石墨化所需熱量的惟一來源。
石墨化設備按不同的方式分為兩大類:即按加熱方式分為直接加熱爐和間接加熱爐。石墨烯直接加熱爐以待受熱處理的物料直接作為發(fā)熱體;間接加熱爐是物料只是受熱體,熱量來自于物料外圍的發(fā)熱體。間歇式石墨烯按運行設計方式分類分為艾奇遜石墨化爐、內串式石墨化爐、真空石墨化爐、連續(xù)式石墨化爐以及箱體式石墨化爐五種主要類型。