是本发明一种带淬火功能的激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉的结构图。
[0020]图2是图1的A-A截面图。
[0021]图3是本发明一种带淬火功能的激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉密封系统结构图。
[0022]图中:1-安装架，2-真空泵，3-手孔，4-压力传感器，5-温度传感器，6_端部法兰，7-连接法兰，8-液氩入口，9-淬火腔体，10-碳纤维卷曲收集装置，11-纤维，12-液氩出口，13-石墨套筒，14-无机玻璃板，15-鞍座，16-平面镜，17-炉壁，18-磁流体螺纹密封装置，19-纤维输送装置，20-激光源，21-紧固螺钉，22-0型圈，23-密封端盖，24-磁流体，25-橡胶垫圈，26-永久磁体，27-非导磁安装套筒，28-螺纹极靴，29-橡胶垫片。
【具体实施方式】
[0023]如图1和图2所示，本发明种带淬火功能的激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，由石墨化腔、淬火腔、激光加热系统、密封系统、纤维输送系统和安全附件六部分组成，石墨化腔包括:炉壁17、端部法兰6、连接法兰7、鞍座15、真空泵2、石墨套筒13、手孔3 ;淬火腔包括:淬火腔体9、液氩入口 8、液氩出口 12 ;激光加热系统包括:激光源20、安装架1、无机玻璃板14、平面镜16 ;密封系统包括:紧固螺钉21、O型圈22、密封端盖23、磁流体24、橡胶垫圈25、永久磁体26、非导磁安装套筒27、螺纹极靴28、橡胶垫片29 ;纤维输送系统包括:纤维输送装置19、碳纤维卷曲收集装置10 ;安全附件包括，压力传感器4、温度传感器5。石墨化腔提供纤维11高温石墨化的场所，淬火腔内将石墨化后的高温碳纤维通过液氩冷却淬火，激光加热系统提供石墨化所需要的高温环境，密封系统采用磁流体螺纹密封装置18将石墨化炉内的无氧环境与外界大气隔绝，纤维输送系统将纤维11持续输送进入石墨化炉，安全附件用于检测设备是否正常运行。纤维输送装置19将碳化后的纤维11输送进入石墨化腔，激光聚焦在石墨化腔轴线上，使该部位温度达到3200°C，纤维11石墨化，然后石墨化纤维进入淬火腔，通过液氩提供的低温环境对碳纤维进行淬火，最后由碳纤维卷曲收集装置19收集高强度碳纤维，整个装置采用磁流体螺纹密封装置18。
[0024]本发明一种带淬火功能的激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，石墨化腔内装有激光加热系统，由激光提供高温环境，无机玻璃板14装在安装架I上，每个无机玻璃板14 一端装有激光源20，无机玻璃板14上装有多组平面镜16，激光源20发射的激光通过平面镜16汇聚在石墨化腔轴线方向，通过调节无机玻璃板14组数和平面镜16角度控制石墨化腔内温度高低。可根据需要选择无机玻璃板14组数，如四组或更多偶数组。
[0025]本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，纤维输送系统始终对纤维11提供牵引力，使纤维11在整个装置中匀速前进，速度可根据石墨化程度适量调节，同时牵引作用对纤维11产生拉伸强化，提高纤维11轴线方向的强度。
[0026]本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，淬火腔与石墨化腔通过连接法兰7连接，淬火腔内通过液氩提供低温环境，同时，气化产生的氩气通过石墨化腔与淬火腔连接处的缝隙补充进入石墨化腔，确保石墨化腔内的无氧环境。淬火腔内装有压力传感器4，随时监控淬火腔内压力高低，当淬火腔达到0.2MPa时控制激光源20和纤维卷曲收集装置10、纤维输送装置19正常工作，否则自动停止运行。
[0027]本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，密封系统采用磁流体螺纹密封装置18，非导磁安装套筒27贯穿淬火腔体9，并通过紧固螺钉21进行固定，在非导磁安装套筒27内装有永久磁体26、螺纹极靴28和磁流体24，磁流体24在永久磁体26产生的磁场作用下被约束在磁场中，从而填满螺纹极靴28的螺纹和孔洞，纤维11穿过磁流体24被密封。螺纹极靴28内孔为螺纹孔，螺纹孔内盛满磁流体24，碳纤维从螺纹孔穿过。
[0028]本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，石墨化炉正常工作时，先打开石墨化腔的真空泵2，将石墨化腔和淬火腔抽真空，然后打开液氩入口 8处阀门，使液氩进入淬火腔，直至淬火腔处压力传感器4检测结果达到0.2MPa时，控制系统自动打开激光源20、纤维输送装置19和碳纤维卷曲收集装置10。纤维11匀速通过石墨化腔和淬火腔，实现石墨化，并通过淬火提高强度。
[0029]本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，磁流体螺纹密封装置18正常工作时，永久磁体26产生的磁场穿过螺纹极靴27，从而使螺纹极靴27螺纹孔中的磁流体24处于磁场的约束下，填满螺纹极靴27的螺纹和孔洞。通过螺纹孔中的磁流体24、螺纹极靴27和永久磁体26构成磁回路。碳纤维穿过磁流体24，而磁回路中的磁流体24具有承受压力差的能力，能够阻挡外界气体进入炉内，从而实现激光隧道石墨化炉与大气之间的密封。
【主权项】
1.一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，其特征在于:由石墨化腔、淬火腔、激光加热系统、密封系统、纤维输送系统和安全附件六部分组成，激光加热系统位于石墨化腔内，石墨化腔与淬火腔通过密封系统相连，纤维输送系统带动纤维分别穿过石墨化腔、密封系统和淬火腔，石墨化腔包括:炉壁、端部法兰、连接法兰、鞍座、真空泵、石墨套筒和手孔；淬火腔包括:淬火腔体、液氩入口和液氩出口 ；激光加热系统包括:激光源、安装架、无机玻璃板和平面镜，无机玻璃板装在安装架上，每个无机玻璃板一端装有激光源，无机玻璃板上装有多组平面镜，激光源发射的激光通过平面镜汇聚在石墨化腔轴线方向；密封系统包括:紧固螺钉、O型圈、密封端盖、磁流体、橡胶垫圈、永久磁体、非导磁安装套筒、螺纹极靴和橡胶垫片；纤维输送系统包括:纤维输送装置和碳纤维卷曲收集装置；安全附件包括压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器安装在炉壁上；淬火腔与石墨化腔通过连接法兰连接，淬火腔内通过液氩提供低温环境，气化产生的氩气通过石墨化腔与淬火腔连接处的缝隙补充进入石墨化腔。
2.根据权利要求1所述的一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，其特征在于:密封系统采用磁流体螺纹密封装置，非导磁安装套筒贯穿淬火腔体，并通过紧固螺钉进行固定，在非导磁安装套筒内装有永久磁体、螺纹极靴和磁流体，磁流体在永久磁体产生的磁场作用下被约束在磁场中，从而填满螺纹极靴的螺纹和孔洞，碳纤维穿过磁流体被密封；螺纹极靴内孔为螺纹孔，螺纹孔内盛满磁流体，碳纤维从螺纹孔穿过。
3.根据权利要求1所述的一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，其特征在于:淬火腔内装有压力传感器。
【专利摘要】本发明公开了一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉，由石墨化腔、淬火腔、激光加热系统、密封系统、纤维输送系统和安全附件六部分组成，激光加热系统位于石墨化腔内，石墨化腔与淬火腔通过密封系统相连，纤维输送系统带动纤维分别穿过石墨化腔、密封系统和淬火腔。本发明一种激光隧道全反射轴心聚焦碳纤维石墨化炉采用激光加热大大提高了石墨化效率，避免热量损失，降低生产成本和能源消耗，产品质量稳定，操作安全；液氩淬火过程使石墨化纤维结晶更加致密，大大提高了纤维的强度和韧性；磁流体螺纹密封安全可靠，无泄漏，易维护，能够更好地将石墨化炉与外界大气隔离开，为石墨化过程提供无氧环境，保证碳纤维质量。
【IPC分类】C01B31-04
【公开号】CN104760953
【申请号】CN201510172898
【发明人】杨卫民, 王晗, 阎华 , 焦志伟, 丁玉梅
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月13日