[发明专利]一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法

说明书

一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法，包括如下步骤：（1）按照筒体的尺寸规格，利用石墨材料设计与制作成型模具；（2）根据筒体的使用功能要求，分别设计密封类筒体和结构类筒体的产品结构；（3）利用缠绕机进行缠绕成型；（4）固化处理；（5）碳化处理；（6）CVD致密化处理；（7）高温处理；（8）机加工成型。与传统碳/碳筒体生产技术相比，本工艺具有以下优点：（1）产品设计净尺寸成型，产成品加工余量少，生产成本低较为传统工艺成本的60%；（2）产品纤维含量高，成型产品胚体基础密度高，生产周期时间短、节省加工余量、强度高的优势，本工艺可实现碳/碳筒体的密封功能，有效提高炉内热处理效率，提高炉外保温材料的使用寿命，可用作气体传输管道，具有推广性、创新优势和批产优势。

技术领域

本发明涉及高温炉用热场零件及制备方法领域，具体的说涉及一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法。

背景技术

碳/碳筒体为一种重要的高温热场构件，可做为隔热结构部件使用，也可作为高温下气体传输管道使用。碳/碳筒体在炉膛内使用可有效提高炉内热处理效率，以及抵挡气体侵蚀而提高炉外保温材料的使用寿命。碳/碳筒体具有高温性能稳定、抗气流冲刷等特点，已广泛应用于单晶拉制热场、高温气体传输等高温工业设备中。

中国专利ZL2012102306775，名称为“碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法”中公开了采用对保温筒的碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密后，再经机加工、纯化后制备得到成品的方法。中国专利ZL2009100225409，名称为“一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法”公开了一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法，制备过程为：采用炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕构成平面纤维，垂直方向引入增强纤维，制成三向结构隔热屏预制体，对三向结构隔热屏预制体进行化学气相渗透致密工艺后再进行树脂或沥青浸渍、炭化处理，高温纯化处理后再机械加工，对机械加工后的炭/炭隔热屏表面进行化学气相沉积涂层处理，即制得高纯度的炭/炭隔热屏。上述两种方法具有工艺简单，易批量生产等优势，但存在预制体富余加工余量多，加工损耗大，生产周期长等缺点，使其生产成本居高不下。

鉴于上述专利的不足，本发明提出一种利用碳布结合碳丝缠绕的成型工艺制备碳/碳筒体的办法，解决生产周期长，加工损耗大的问题，且具有使用寿命高，性能优异等特点。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法，解决传统制备工艺存在的生产周期长，加工富余量大浪费严重的等问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的。

一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法，包括以下步骤：

（1）按照筒体的尺寸规格，利用石墨材料设计与制作成型模具；

（2）根据筒体的使用功能要求，设计产品结构，密封类筒体采用石墨纸、碳布与碳丝按比例相结合的缠绕成型结构，结构类筒体采用碳布与碳丝按比例缠绕成型结合结构；

（3）利用缠绕机进行缠绕成型，首先将成型模具装上旋转轴并固定在缠绕机上，然后在石墨筒表面铺上脱模层，并用塑料胶带粘紧，使脱模纸处于贴紧状态；启动设备，通过调节转动电机转速来控制成型模具的旋转速度，调节左右移动电极转速来控制碳丝缠绕角度，确定合适的旋转速度和缠绕角度后开始缠绕成型，成型具体工艺步骤如下：

a.碳布裁剪，根据模具外径及高度裁剪铺层碳布，碳布长度为模具周长的1~1.2倍，碳布缠绕层数n根据产品厚度h而定，取经验公式n=h/0.3，实际厚度通过实测厚度而定；

b.第一层碳布铺设，首先在脱模层上刷上一层树脂，将第一层碳布铺在脱膜层上，碳布紧贴成型模具；

c.第一次碳丝缠绕，将碳丝置于固定旋转轴上，牵出碳丝经浸渍槽后牵引至成型模具上。按照调整好的模具旋转速度与缠绕角度，启动机器，在第一层碳布上均匀的完成碳丝缠绕层；