[发明专利]一种天然气化学气相沉积炉用炭/炭内胆的制备方法

说明书

本发明公开了一种天然气化学气相沉积炉用炭/炭内胆的制备方法，采用炭纤维针刺体作为预制体材料，经过树脂涂刷处理、化学气相沉积致密以及成套组装的工艺过程。该方法具体步骤为：一、采用炭纤维针刺体作为预制体材料；二、硬化定型；三、树脂浸渍液的配置及涂刷；四、固化/炭化处理；五、化学气相沉积致密；六、组装成套。本发明采用炭/炭复合材料作为天然气化学气相沉积炉内胆，具有耐高温、强度高、隔热性能好且不易分层等特点，并且工艺简单、制造成本低、使用寿命长、不容易变形，大大提高化学气相沉积炉的使用寿命和安全性能，同时可以保护沉积炉电极，减少电极材料的更换率。

所属技术领域

本发明涉及化学气相沉积炉用炭/炭内胆的制备方法，属于高温炉用热场材料领域。

背景技术

目前，炭/炭复合材料是采用化学气相沉积炉设备进行致密化处理，将炭纤维预制体置于化学气相沉积炉内，在高温和真空状态下通入有机碳源性气体，通过气体的裂解反应将碳原子沉积在预制件的空隙内，使预制体达到致密的目的，形成一种新型材料(即炭/炭复合材料)；炭/炭复合材料具有强度大、耐高温、比重小的特点，被广泛应用在航空航天、光伏及高科技领域，市场发展前景广泛。

化学气相沉积炉对炭/炭复合材料进行致密处理时，有机碳源气体包括丙烯、丙烷、天然气以及其他有机含碳小分子气体，采用裂解温度为1000℃以下的气体作为碳源气体时，可采用耐热钢材料作为沉积炉内胆。但是，当采用天然气等高裂解温度气体作为碳源气时，其裂解温度超过1000℃，耐热钢以及其他金属合金材料难以满足沉积炉高温使用要求，因此，需采用耐高温性能好、密度低、强度高的炭/炭复合材料作为内胆材料，方能满足化学气相沉积炉的使用要求。

因此，以天然气作为碳源气体的大尺寸化学气相沉积炉急需一种工艺简单、耐高温、强度高、隔热性能好的且不易分层炉内胆的制备方法。传统的耐热钢及金属合金材料难以满足使用要求。炭/炭复合材料具有密度低、耐高温、高的机械强度、高的抗冲击韧性等特点，可以应用于以天然气作为碳源气体的大尺寸化学气相沉积炉内胆材料，并可大大提高化学气相沉积炉的使用寿命和安全性能，同时可以保护沉积炉电极，减少电极材料的更换率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，以解决现有以天然气作为碳源气体的大尺寸化学气相沉积炉内胆材料耐热性差、高温强度低、容易变形、使用寿命短的技术问题，利用炭/炭复合材料具有耐高温、强度高、隔热性能好的且不易分层的特点，而提供一种工艺简单、密度低、致密效果好、机械强度高和耐热性优异的天然气化学气相沉积炉用炭/炭内胆的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种天然气化学气相沉积炉用炭/炭内胆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用炭纤维针刺体作为预制体材料，预制体密度控制在0.20g/cm³-0.60g/cm³。

步骤二：将步骤一中采用的预制体在固化炉内定型处理，在升温速率为2℃/h-50℃/h的条件下升温至150℃-300℃，然后保温1h-10h进行定型处理，自然冷却。

步骤三：将步骤二中经过定型处理后的预制体内外表面以及端面进行树脂涂刷，共分两次处理，第一次涂刷采用纯树脂溶液进行涂刷，涂刷后的坯体在空气中晾置10h-24h后进行第二次涂刷处理，第二次涂刷溶液为树脂和石墨粉按重量比为(2-20):1配置而成，然后继续在空气中晾置10h-24h。

步骤四：将步骤三中经过树脂涂刷后的坯体吊入炭化炉内进行固化/炭化处理，在升温速率为2℃/h-50℃/h的条件下升温至150℃-250℃，保温2h-6h进行固化处理，然后在升温速率为2℃/h-50℃/h的条件下升温至850℃-1000℃，保温2h-6h进行炭化处理，产品出炉后对表面进行清理，将表皮的炭硬壳处理干净。