[發(fā)明專利]一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810066865.6
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108191448A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 陳小飛;張貴歧;姜召陽;羅昆鵬;于洪剛;王春梅;高曉佳;曹磊;崔樹永
• 申請（專利權）人: 航天睿特碳材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/52;C04B35/622;F27D1/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法，包括如下步驟：（1）按照筒體的尺寸規(guī)格，利用石墨材料設計與制作成型模具；（2）根據(jù)筒體的使用功能要求，分別設計密封類筒體和結構類筒體的產(chǎn)品結構；（3）利用纏繞機進行纏繞成型；（4）固化處理；（5）碳化處理；（6）CVD致密化處理；（7）高溫處理；（8）機加工成型。與傳統(tǒng)碳/碳筒體生產(chǎn)技術相比，本工藝具有以下優(yōu)點：（1）產(chǎn)品設計凈尺寸成型，產(chǎn)成品加工余量少，生產(chǎn)成本低較為傳統(tǒng)工藝成本的60%；（2）產(chǎn)品纖維含量高，成型產(chǎn)品胚體基礎密度高，生產(chǎn)周期時間短、節(jié)省加工余量、強度高的優(yōu)勢，本工藝可實現(xiàn)碳/碳筒體的密封功能，有效提高爐內(nèi)熱處理效率，提高爐外保溫材料的使用壽命，可用作氣體傳輸管道，具有推廣性、創(chuàng)新優(yōu)勢和批產(chǎn)優(yōu)勢。

技術領域

本發(fā)明涉及高溫爐用熱場零件及制備方法領域，具體的說涉及一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法。

背景技術

碳/碳筒體為一種重要的高溫熱場構件，可做為隔熱結構部件使用，也可作為高溫下氣體傳輸管道使用。碳/碳筒體在爐膛內(nèi)使用可有效提高爐內(nèi)熱處理效率，以及抵擋氣體侵蝕而提高爐外保溫材料的使用壽命。碳/碳筒體具有高溫性能穩(wěn)定、抗氣流沖刷等特點，已廣泛應用于單晶拉制熱場、高溫氣體傳輸?shù)雀邷毓I(yè)設備中。

中國專利ZL2012102306775，名稱為“碳/碳/碳化硅復合材料保溫筒及制備方法”中公開了采用對保溫筒的碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密后，再經(jīng)機加工、純化后制備得到成品的方法。中國專利ZL2009100225409，名稱為“一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法”公開了一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法，制備過程為：采用炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞構成平面纖維，垂直方向引入增強纖維，制成三向結構隔熱屏預制體，對三向結構隔熱屏預制體進行化學氣相滲透致密工藝后再進行樹脂或瀝青浸漬、炭化處理，高溫純化處理后再機械加工，對機械加工后的炭/炭隔熱屏表面進行化學氣相沉積涂層處理，即制得高純度的炭/炭隔熱屏。上述兩種方法具有工藝簡單，易批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，但存在預制體富余加工余量多，加工損耗大，生產(chǎn)周期長等缺點，使其生產(chǎn)成本居高不下。

鑒于上述專利的不足，本發(fā)明提出一種利用碳布結合碳絲纏繞的成型工藝制備碳/碳筒體的辦法，解決生產(chǎn)周期長，加工損耗大的問題，且具有使用壽命高，性能優(yōu)異等特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法，解決傳統(tǒng)制備工藝存在的生產(chǎn)周期長，加工富余量大浪費嚴重的等問題。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的。

一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法，包括以下步驟：

（1）按照筒體的尺寸規(guī)格，利用石墨材料設計與制作成型模具；

（2）根據(jù)筒體的使用功能要求，設計產(chǎn)品結構，密封類筒體采用石墨紙、碳布與碳絲按比例相結合的纏繞成型結構，結構類筒體采用碳布與碳絲按比例纏繞成型結合結構；

（3）利用纏繞機進行纏繞成型，首先將成型模具裝上旋轉軸并固定在纏繞機上，然后在石墨筒表面鋪上脫模層，并用塑料膠帶粘緊，使脫模紙?zhí)幱谫N緊狀態(tài)；啟動設備，通過調(diào)節(jié)轉動電機轉速來控制成型模具的旋轉速度，調(diào)節(jié)左右移動電極轉速來控制碳絲纏繞角度，確定合適的旋轉速度和纏繞角度后開始纏繞成型，成型具體工藝步驟如下：

a.碳布裁剪，根據(jù)模具外徑及高度裁剪鋪層碳布，碳布長度為模具周長的1~1.2倍，碳布纏繞層數(shù)n根據(jù)產(chǎn)品厚度h而定，取經(jīng)驗公式n=h/0.3，實際厚度通過實測厚度而定；

b.第一層碳布鋪設，首先在脫模層上刷上一層樹脂，將第一層碳布鋪在脫膜層上，碳布緊貼成型模具；

c.第一次碳絲纏繞，將碳絲置于固定旋轉軸上，牽出碳絲經(jīng)浸漬槽后牽引至成型模具上。按照調(diào)整好的模具旋轉速度與纏繞角度，啟動機器，在第一層碳布上均勻的完成碳絲纏繞層；