采用磁等离子发动机实现超高温石墨化工艺

吴庆越(北京轩宇空间科技有限公司)
摘要:针对市场对高性能碳基新材料的迫切需求,尤其是第四代半导体基材、锂离子电池负极材料、复合材料等对超高密度、超高纯度炭材料的需求,开展中间相炭微球超高温石墨化处理工艺及装备研究。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,开展了基于强磁高密度超高温等离子体电磁场耦合加速及调控、大功率分时分级电源启动控制、真空超高温高效率中间相炭微球石墨化工艺制造、高效能稳定连续运作标准化研究。应用磁等离子体动力发动机进行MCMB超高温石墨化处理试验表明:应用超高温等离子体技术进行石墨化处理,可获得石墨化程度较高、微观结构特性优异的碳素材料。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,真空下可迅速达到3000℃的高温,十分钟内便可实现毫米级中间相炭微球的高质量石墨化,此种应用在国内尚属首例。实现了中间相炭微球石墨化过程所需的超高温度、高效率和工业智能化控制,制备出具备超高密度、超高纯度的材料,对提升我国新材料工艺制造装备的整体技术水平有重大实际意义。
关键词:碳基材料;中间相炭微球;超高温;磁等离子体动力发动机;石墨化

目录介绍

1 引言

2 应用磁等离子体动力发动机进行MCMB超高温石墨化设计

2.1 超高温高密度等离子体多场耦合磁控技术

2.1.1 分级启动设计

2.1.2 磁场结构设计

1)磁场构型

2)放电通道内磁场构型优化设计

2.1.3 核心组件设计

1)阳极设计

2)阴极设计

2.2 大功率分时分级电源启动控制技术

2.2.1 宽范围高效率大功率拓扑

1)宽范围电压输出电源技术

2)高效率电源功率转换技术

3)大功率电源架构技术

2.2.2 高压高频脉冲电源技术

2.2.3 分时分级启动控制技术

1)多模块并联均流技术

2)动态负载下的分时分级软启动控制技术

3)大功率电源故障保护技术

2.3 真空超高温高效率MCMB石墨化工艺制造技术

2.3.1 真空环境系统技术方案

1)进出料真空过渡舱

2)真空石墨化主舱

2.3.2 进出料自动化系统

2.3.3 真空超高温热沉系统

2.3.4 智能热平衡系统

2.3.5 耐高温炼制坩埚装置

2.3.6 自动制块装置

2.4 高效能稳定连续运作标准化智能控制研究

2.4.1 全流程可视化控制方案

2.4.2 生产效率优化算法

1)基于模型的工程方法

2)工业大数据

3)人工智能技术融合进产业全生命周期中

2.4.3 工艺标准化

1)基础性能试验

2)MCMB石墨化处理材料实验

3)MCMB样品进出料节拍联动测试

4)MCMB石墨化处理产能试验

3 试验结果

4 结论

 

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