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(dǎo)電滑塊,甚至是鋰離子電池負(fù)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(guān)鍵技術(shù)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(fù)極材料生產(chǎn)的重要工藝,石墨化度 是鋰離子電池負(fù)極材料的重要指標(biāo)。哈爾濱市石墨烯在石墨化溫度提高到接近2200℃時,鋰離子電池負(fù)極材料的雜質(zhì)基本上已經(jīng)被排除。要對材料進(jìn)行石墨化,就要用到加工設(shè)備——石墨化爐。
石墨化爐的運行由一臺爐用變壓器給一組石墨化爐供電,一組共有6-7臺石墨化爐,爐子間歇生產(chǎn),爐用變壓器連續(xù)運轉(zhuǎn)。這樣既能充分利用變壓器的生產(chǎn)能力,又便于在一定生產(chǎn)周期內(nèi)工藝操作。石墨烯石墨制品的生產(chǎn),在石墨化工序的生產(chǎn)操作中,是由清爐、裝爐、送電、冷卻、卸爐、小修等幾個步驟組成的。石墨化爐的實施循環(huán)運行,根據(jù)實際生產(chǎn)情況合理安排。清爐:每生產(chǎn)完一爐制品必須清爐,將碳化硅分解層清至黃料部分,或按規(guī)定全部更換新料。哈爾濱市石墨烯一般石墨化爐使用半年要更換一次。清爐時不要將石墨化焦與舊料混雜,否則使用石墨焦時將產(chǎn)生金剛砂。裝爐:爐芯是石墨化爐的最重要組成部分。
碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐燒蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、密度低和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能,是先進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料,在航空、航天和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。石墨烯碳纖維在高溫石墨化爐中經(jīng)過2000℃-3000℃的高溫處理,進(jìn)行石墨化,從而轉(zhuǎn)變成石墨纖維。3200度石墨烯高性能石墨纖維制作的關(guān)鍵是高溫石墨化爐。目前工業(yè)化生產(chǎn)高性能石墨纖維并形成系列產(chǎn)品的國家是日本和美國,由于國外對我國高科技技術(shù)的封鎖和我國自身在此領(lǐng)域上的技術(shù)落后,我國高性能石墨纖維仍處于研制階段,水平與國外相比差距很大。
石墨化爐的結(jié)構(gòu)以及使用溫度:采用國外進(jìn)口保溫材料和先進(jìn)的爐膛結(jié)構(gòu),最高使用溫度高達(dá)3000℃。生產(chǎn)型高溫石墨化爐的爐體可一機(jī)多爐,一臺控制柜配幾個爐體。石墨烯價格采用PLC智能轉(zhuǎn)換,通過對各個爐體的輪流加熱。一爐加熱時,其它爐加料降溫,以提高設(shè)備、電力、場地的利用率,降低生產(chǎn)成本。石墨烯采用數(shù)顯化智能控溫系統(tǒng),全自動高精度完成測溫控溫過程,系統(tǒng)可按給定升溫曲線升溫,并可貯存二十條共400段不同的工藝加熱曲線。
影響連續(xù)石墨化工藝的主要有以下幾個問題:首先是耐火層問題。由于電極自熱,而且還需要移動,所以這種工藝在操作上比較復(fù)雜,不如外熱法即間接加熱的連續(xù)石墨化工藝成熟。石墨烯因為要有一個溫度在3000℃的溫區(qū),這就要求爐體耐火材料有較高的耐火度,但目前沒有如此高耐火度的耐火材料,也就是爐子沒有辦法達(dá)到如此高的石墨化的溫度。哈爾濱市3200度石墨烯價格解決的辦法只能是通過加厚保溫層,如加厚保溫炭黑,使熱量較少地傳到外層保溫層,同時采用水對爐子外層進(jìn) 行冷卻。另外一個問題就是如何快速地冷卻產(chǎn)品,從而使產(chǎn)品不被氧化。解決的方法是采用水冷,同時加保護(hù)氣體,如氮氣。
在石墨化過程中,溫度是影響產(chǎn)品石墨化程度的關(guān)鍵因素。石墨烯石墨化過程的控制是用“開始功率”及“上升功率”進(jìn)行的。石墨烯價格從根本上來說(如試驗新的功率曲線,生產(chǎn)高純石墨時,掌握通入氯氣及氟利昂等氣體的時間),仍需要測量石墨化爐的爐芯溫度。