[發明專利]一種碳纖維表面涂復碳化硅的工藝和裝置

在審

• 申請號: 201310599601.4
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN104652120A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 鞠洪建
• 申請（專利權）人: 大連惟康科技有限公司
• 主分類號: D06M10/06
• 分類號: D06M10/06;C23C16/32
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種射頻法碳纖維石墨化工藝的進一步完善和補充技術，亦是對生產高質量石墨纖維現有射頻制備的改進。

背景技術

碳纖維石墨化的加工工藝，在采用了射頻法加工后取得較大的進展，大大地降低了生產工藝中的能耗，提高了質量，降低了成本，從而十分有利于石墨化碳纖維的應用與推廣。作為一種具有優秀力學性能的結構材料而言，比起傳統的石墨電爐法生產的確有了長足的進步。新的裝置和工藝并沒有改變傳統法生產出來石墨化碳纖維的化學特性。特別是在高溫環境下易氧化，而使其力學性能受到嚴重威脅和破壞，在與金屬材料復合時會出現強烈的反應，而使得復合后材料的力學性能下降。如何借助射頻法加工碳纖維產品工藝和設備的先進性來進一步改善石墨化碳纖維的化學品質，從而使該纖維取得質的飛躍就成為此加工行業迫在眉睫的課題。

發明內容

本發明的目的是利用射頻聚焦式加熱裝置實現碳纖維（石墨纖維）涂復耐高溫的碳化硅面層的目的。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

借助射頻聚焦式加熱裝置所形成的高頻線性聚焦電磁場對運動中的碳纖維加熱，在石英管反應器中制造一個氯硅烷和高純氫氣的反應環境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時將碳化硅氣相沉積在碳纖維表面，形成耐高溫的表面涂層。反應中生成的氯化氫排出反應器被石灰水吸收。隨著碳纖維連續通過聚焦電磁場并被加熱至1100～1300℃，逆向充入氯硅烷和高純氫氣就會隨之反應在碳纖維的表面形成一層SiC涂層，適當掌握走絲的速度、反應溫度和充入反應氣體量，可以控制表面涂層的厚度。

附圖說明

圖1為本發明的專用射頻加熱裝置結構示意圖。

其中：1.高頻發生器，?2.射頻匹配器，?3.射頻電纜，?4.射頻耦合腔，5.石英管反應器，?5A.混合氣體加入口，?5B.氯化氫抽氣口，??5C、5D.密封氬氣入口，6.混合配氣室，6A.氯硅烷流量計，6B.氫氣流量計，??7.氯硅烷氣源，8.高純氫氣源，9.碳纖維，10、11.碳纖維收放絲機構。

具體實施方式

如附圖1所示，本發明的具體實施例主要包括以下步驟：

碳纖維9通過石英管反應器5時，很容易在射頻聚焦區被感應加熱至1100～1300℃，向石英管反應器（5）內沿碳纖維運動逆向導入氯硅烷和高純氫氣的混合氣，形成一個反應環境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時實現SiC沉積在石墨碳纖維表面形成涂層。

碳纖維9借助收放絲機構10、11實現運動，穿過石英管反應器5，其線速度控制在2-2.5米/分。所充入的氯硅烷的流量為0.5-0.8升/小時，高純氫氣的充入量為0.3-0.6升/小時，兩端密封氬氣充入量為0.3-0.5升/小時，可以保證石英管反應器內的標準反應氣氛，高純氫氣的純度要求達到99.99%。

實現碳纖維表面涂復碳化硅的專用設備結構包括高頻發生器1，射頻匹配器2，射頻耦合腔4，連接在匹配器2和耦合腔4之間的射頻電纜3，從射頻耦合腔4中穿過的石英管反應器5，碳纖維收放絲機,10、11組成。而石英管反應器5是為本發明特別設計的，它是細長管狀，兩端收口成細孔管脛，碳纖維9從收絲輪出來進入石英管反應器5，在兩端管脛內側均設有密封氬氣入口5C、5D，在出絲口端反應器設有反應氣體—氯硅烷和高純氫氣混合氣體加入口5A，在石英管反應器的中部設有氯化氫抽氣口5B，該注入氣口5A通過管路接在氯硅烷和氫氣混合配氣室6，在通過流量計6A、6B分別與氯硅烷和高純氫氣氣源7、8相連。這樣就可以分別按工藝設計要求將氯硅烷和高純氫氣按一定比例注入混配室6，再按這個比例注入石英管反應器5以實現SiC氣相沉積的反應過程。

利用以上的裝置和所設計的工藝要求最終可以實現碳纖維表面形成致密、牢固的碳化硅復合層，從而大大提高了碳纖維應用中抗高溫氧化能力，并改善了它與金屬的復合質量，對碳纖維應用范圍的擴展和力學性能增強起著重要的作用。