[发明专利]一种可渐变激光碳化炉高效制备装置及方法

权利要求书

1.一种可渐变激光碳化炉高效制备装置，其特征在于：主要包括放丝装置、前牵伸装置、可渐变激光碳化炉、后牵伸装置、上浆装置、干燥装置和收丝装置，放丝装置、前牵伸装置、可渐变激光碳化炉、后牵伸装置、上浆装置、干燥装置和收丝装置依次放置，放丝装置放置在最前端，可渐变激光碳化炉的前后各有一套牵伸装置，可渐变激光碳化炉主要包括炉体、可渐变功率激光发生器、激光可变角度夹持装置、高温和超高温红外测温仪、红外测温联动控制装置、气体密封装置、氧气浓度检测仪、石英玻璃窥视镜、气阀、气管和微型抽气泵，可渐变功率激光发生器包括激光头、激光光束整形器和激光器冷却水循环降温装置，激光光束整形器位于激光发生器的输出端，激光发生器在碳化炉中间部分的顶部，可渐变功率激光发生器固定在激光可变角度夹持装置上，通过转动激光可变角度夹持装置使激光头发射的激光的照射角度顺时针倾斜，碳纤维的热处理光斑长度为150-350mm、底边为5-30mm的梯形光斑；可渐变功率激光发生器有三套，分别产生的照射温度覆盖石墨化需要的低温300-800℃、高温1000-1600℃和超高温2200-3300℃；激光可变角度夹持装置使激光头发射的激光的照射角度调节在0°-45°。

2.一种可渐变激光碳化炉高效制备方法，其特征在于：首先是将待处理的碳纤维丝引丝，即将碳纤维丝穿过前牵伸装置、可渐变激光碳化炉、后牵伸装置、上浆装置、干燥装置和收丝装置，主要是使碳纤维丝穿过炉体，在对碳纤维进行热处理之前要先确保热处理环境充满惰性气体，从气体密封装置的气密封孔通入氮气，防止外界空气与炉内气体进行气体交换，对碳化炉炉体进行抽真空操作，再从进气口注入氮气，当氧气浓度检测仪检测炉内氧气含量达到热处理标准后，通过带阻尼的放丝装置放丝，由牵伸比可调的牵伸装置在施加一定的牵伸力下向进丝方向移动，第二步，使可渐变功率激光发生器的激光头射出激光，设置碳化炉上方安装的激光器功率并顺时针倾斜一定角度，碳纤维的热处理光斑长度为150-350mm、底边为5-30mm的梯形光斑，激光器总功率为100-1000w，位于进丝口一侧的低温区红外测温仪和出丝口一侧的高温区红外测温仪分别采集碳纤维的加热温度，将信号传递给红外测温联动装置控制器，通过红外测温联动装置控制器控制激光照射温度，使处于照射区域内的碳纤维产生300-3300℃可渐变温度，将300-3300℃的激光照射温度分三个区间，低温300-800℃，高温1000-1600℃，超高温2200-3300℃，设置前牵伸装置和后牵伸装置的牵伸速度，石墨化过程正常连续进行；第三步，开启上浆装置、干燥装置和收丝装置，经过碳化后的碳纤维再经过上浆、干燥等工艺制得石墨纤维，最后由收丝装置收卷为成品。

3.根据权利要求2所述的一种可渐变激光碳化炉高效制备方法，其特征在于：在炉体的碳纤维进、出口有气体密封装置，从气体密封装置的气密封孔通入氮气，隔绝炉内气体，防止外界空气与炉内气体进行气体交换，通过微型抽气泵对碳化炉炉体进行抽真空操作，从进气口注入经过净化机净化后的纯氮气，当氧气浓度检测仪检测炉内氧气含量达到热处理工艺要求的标准后，通过气阀减小微型抽气泵抽气速度，确保炉体内氮气缓慢的平稳流动，同时将废气排出炉外。