[發明專利]一種在石墨球體表面包覆熱解碳的設備及氣相沉碳方法

有效

• 申請號: 201110203474.2
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102888593A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 楊村林;姜召陽;敖明;韓鋼;韓渤濤
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/52;C01B31/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 楊虹;龐靜

技術領域

本發明涉及一種用臥式電阻加熱式振動氣相沉碳方法制備石墨球表面包覆層的工藝和裝備，其產品應用于核能領域核反應堆停堆系統石墨吸收球。

背景技術

目前，化學氣相沉積技術一般為待沉積工件在靜止狀態下的沉積，此時待沉積工件必須有某個部位與支撐起它的工裝或料盤相接觸，在靜止狀態下，接觸點往往沉積不到而造成局部缺陷。除了靜止沉積外，還有一種技術是浮動沉積，其原理是依靠大流量的氣體將待沉積工件吹起來，漂浮在沉積室內進行沉積，此技術有其局限性，要求待沉積工件較輕，另外，要求有大量的氣體，造成成本的升高。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種石墨球的表面包覆層的制備工藝及相應設備，適用于不同種類的石墨球的表面氣相沉碳，避免了普通沉積技術的局部缺陷，提高了球體沉積后的表面質量，滿足核反應堆停堆系統的使用要求。

本發明設備的技術解決方案是：一種在石墨球體表面包覆熱解碳的設備，包括爐蓋、臥式爐體、保溫材料、發熱元件、沉積室、爐底、料架、料臺機構、真空實現系統、真空表、控溫熱電偶、振動機構；

臥式爐體前后分別裝配爐蓋和爐底，臥式爐體的中間為沉積室，沉積室與臥式爐體之間固定裝配發熱元件和保溫材料；沉積室內安裝可水平滑移的料臺機構，料臺機構上固定可裝石墨球體的帶通孔的石墨托架，石墨托架上放置石墨球，料臺機構與振動機構連接，振動機構可防止石墨托架上的石墨球靜止；沉積室的前后部分別安裝進氣系統和真空實現系統，工作過程中，通過安裝在沉積室上的真空表及控溫熱電偶控制沉積室內溫度及壓力。

所述的振動機構包括連桿與料架連接裝置、電機與料架連桿、電機傳動桿、振動電機；振動電機的電機傳動桿運動方向為水平運動，電機傳動桿通過電機與料架連桿、連桿與料架連接裝置與料臺機構連接，并保證振動電機工作時，料臺機構能夠在沉積室內水平運動。

所述的振動機構包括液壓站系統、液壓頂桿；料臺機構通過液壓頂桿與臥式爐體外部的液壓站系統連接；液壓站系統提供頂起動力，通過液壓頂桿帶動料臺機構上料架上的石墨球運動。

本發明方法的技術方案是：一種在石墨球體表面包覆熱解碳的氣相沉碳方法，步驟如下：

第一步，將石墨球置于上述設備中的多層料臺上，將料臺水平推入沉積室)，密封爐蓋；

第二步，對臥式爐體內抽真空，加熱沉積室，控制沉積室內溫度為800～1200℃，壓力為500～5000Pa；

第三步，向沉積室內通入碳源氣體及氬氣的混合氣體，同時通過振動機構實現石墨球在料架上的有規律翻轉，即進行沉碳過程處理，沉碳過程持續2～20h；

第四步，將沉積室內料架上的石墨球進行冷卻后出爐，即可在石墨球表面制備出均勻細密的碳包覆層。

所述第三步中的沉碳處理過程采用上面第一種振動機構進行振動，水平方向振動頻率為1～30次/h，振動幅度為5～20mm。

所述第三步中的沉碳處理過程采用上述第二種振動機構進行振動，具體過程為輪流頂起兩個液壓頂桿，頂起頻率為1～30次/h，頂起后料架與水平方向形成的傾斜角度為0.1～5℃。

所述的輪流頂起兩個液壓頂桿液壓頂桿，其中頂起一個液壓頂桿后，實現料架的傾斜，保持1min。

本發明與現有技術相比有益效果為：

(1)本發明的技術為振動沉積，利用一定的機械裝置將待沉積球形體動起來，避免其某一點一直與工裝接觸而造成沉積不上的局部缺陷，大大提高了球體沉積后的表面質量。而且本發明幾乎不受待沉積工件大小的限制，只要待沉積工件為球體即可，工藝過程中也不需要大流量氣體，降低了生產成本。

(2)通過本工藝方法和實施工藝的專用設備，可實現石墨球體表面包覆碳層的均勻一致，即在沉積室內上層與下層之間，前料架于后料架之間的沉碳增重效率差別＜5％。

(3)通過本工藝方法和實施工藝的專用設備，能實現石墨球表面包覆層的批量生產，每次最多可處理100kg球體，且質量合格率高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2和圖3分別為兩種振動方式下的振動機構示意圖。

具體實施方式

下面首先結合附圖1詳細介紹本發明的設備。