[发明专利]一种化学气相渗透增密用多料柱式工业炉

说明书

技术领域

本发明公开了一种化学气相渗透增密用工业炉，特别是指一种化学气相渗透增密用多料柱式工业炉。

背景技术

化学气相渗透(CVI)增密是制备高性能C/C复合刹车盘的核心技术。通过该技术制得的航空炭刹车盘的工作寿命可达2000～4000次起落，比老一代金属基刹车盘寿命长5～10倍；而且，炭盘要轻得多，其密度仅为金属盘密度的1/4，例如，每架波音757客机或A320客机在改用炭刹车盘后可以减重500～600Kg，因而，炭刹车盘的应用大大地改善了现代航空器的性能，已在现代飞机上得到了愈来愈广泛的应用。

到目前为止，CVI增密是工业上制取航空炭刹车盘的首选、甚至是唯一的途径。这主要是因为通过CVI增密，不仅可以制得密度达到1.8～1.85g/cm³的产品，而且可以实现基体(热解)炭与炭纤维骨架间最牢固的结合，增密过程不会对炭纤维骨架造成任何损伤，同时，还可以有效地控制材料内部的微观组织，使热解炭形成粗糙层结构，从而合理地控制材料的石墨化度，实现内部结构的最佳化。由此，可以全面满足刹车材料在严酷工作环境下对摩擦、磨损性能，力学性能和热物性能的综合要求。这正是其他增密方法难于做到的。

控制CVI增密过程能否有效进行的参数很多，主要包括气氛的温度、成分、压力和流速等，按照对这些参数控制的状态不同，可将CVI工艺大致分为三种类型：

1)等温等压式：CVI在气氛温度和压力都保持恒定的反应空间中进行。温度、压力也不随时间而变化。

2)压力梯度式：CVI反应气在某一压力驱动下被强制定向流过多孔的工件，并在工件内部形成压力梯度。

3)热梯度式：CVI的反应空间(同时也在待增密工件内部)形成一定的温度梯度，在增密过程中，工件内部的温度梯度呈现某种规律性变化。

第一类即等温等压CVI(等温工艺)已发展成为成熟的工艺技术，已在工业生产中得到了普遍的应用，实现了大规模的工业生产。鉴于等温工艺存在一些固有缺点，如：增密周期长，容易形成表面致密层(从而妨碍CVI过程继续进行)，工件增密密度分布不均匀等，为了克服这些缺点，上世纪80-90年代，人们又发展了第二、第三类即压力梯度和热梯度式CVI工艺。

压力梯度式CVI工艺，也被一些学者研究过，成绩较为突出者当推W.J.Lackey，S.Vaidyaraman等人从1986-1996期间所作的工作(U.S.Patent 4，580，523，(1986))，其要点是在热梯度法的基础上引入气压梯度，将压差法和热梯度法结合在一起。该工艺的突出优点是可以大大提高热解炭沉积速度。但是该工艺缺点也十分突出，只能单件操作，单位能耗很高，总效率低，无法有效控制热解炭的组织结构，产品性能差。该工艺至今也未能推广到制造炭刹车盘的工业应用上面来。

中外一些学者，例如H.O.Pierson，I.Golocki，刘文川等都对热梯度式CVI进行过程较为系统的研究，其中较为典型的研究有I.Golocki等人的工作(U.S.Patent 5,348,774，(1994))，其工艺要点是：样品一侧受热(热侧)，沿样品厚度方向形成温度梯度，新鲜烃类反应气则从冷侧进入样品。该工艺可以大大缩短CVI增密时间。以上工艺的共同缺点是只能进行单试样操作(即每一炉次只能处理一个工件或试样)单位能耗高，综合效率低，未能推广到工业上应用。

前苏联也发展过热梯度CVI工艺，试图实现工业生产，但未能成功，制得的炭盘组织与性能都很差，能耗又特高，从未得到实际运用。