碳纤维表面涂复碳化硅的工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及对碳纤维表面涂复碳化硅表面层的方法和专用装置。该专置即为改进了３射频聚焦式加热器。利用聚焦电磁场将纤维加热至１１００℃～１３００℃，并在石英管或反应器中制造一个氯硅烷和高纯氢气的反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时将碳化硅气相沉积在碳纤维表面，形成耐高温的表面涂层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频法碳纤维石墨化工艺的进一步完善和补充，亦是对生产高质量石墨纤维现有射频装备的改进。本专利技术的具体内容是要借用射频加热专用装置，借助该装置所形成的高频线性聚焦电磁场，使在运动中的碳纤维得到加热，同时在石英管反应器中制造出一个由氯硅烷和高纯氢气的混合气氛为反应环境，使氯硅烷在裂解时产生碳化硅沉积在碳纤维表面，形成涂层。反应中生成的氯化氢排出反应器被石灰水吸收。这样随着碳纤维连续通过聚集电磁场并被加热至1100℃～1300℃，逆向充入的氯硅烷和高纯氢气就会随之反应在碳纤维的表面形成一层Sic涂层，适当掌握走丝的速度，反应温度和充入反应气体量，可以控制表面涂层的厚度。下面将结合给出的本方法所专门设计的射频加热专置，进一步说明本专利技术的目的是如何实现的。其中1代表高频发生器，2代表射频匹配器，3代表射频电缆，4代表射频耦合胫，5代表石英管反应器。5A代表混合气体加入口，5B代表氯化氢抽气口，5C、5D为密封氩气入口，6代表混合配气室，6A代表氯硅烷流量计，6B代表氢气流量计，7代表氯硅烷气源，8代表高纯氢气气源，9代表磁纤维，10、11为收放丝机构。碳纤维9借助收放丝机构10、11实现运动，穿过石英管反应器5，其线速度控制在2～2.5米/分。所充入的氯硅烷的流量为0.5～0.8升/小时，高纯氢气的冲入量为0.3～0.6升/小时，两端密封氩气的充入量为0.3～0.5升/小时，可以保证石英管反应器内的标准反应气氛。高纯氢气的纯度要求达到99.99％。实现碳纤维表面涂复碳化硅的专用设备结构包括高频电源1，射频分配器2，射频耦合腔4，连接在分配器3和耦合腔4之间的射频电缆3，从射频耦合腔4中穿过的石英管反应器5，碳纤维收放丝机器10、11组成。而石英管反应器5是为本方法而特别设计的，它是细长管状，两端收口成细长管胫，碳纤维9从收丝轮出来进入石英管反应器5，在两端管胫内侧均设有密封氩气流入口5C、5D，在出丝口端反应器设有反应气体——氯硅烷和高纯氢气的注入气口5A在石英管反应器的中部设有氯化氢抽气口5B，该注入气口5A通过管路接在氯硅烷和氢气的混配室6，混配室6通过流量计6A、6B分别与氯硅烷和高纯氢的气源(7、8)相连。这样就可以分别按工艺设计要求将氯硅烷气体和高纯氢气按一定比例注入混配室6，再按这个合理的比例注入石英管反应器5以实现Sic气相沉积的实际反应过程需要。利用以上的装置和所设计的工艺要求最终可以实现碳纤维(或石墨纤维)表面形成致密、牢固的碳化硅复合层，从而大大提高了碳纤维应用中抗高温氧化能力，并改善了它与金属的复合质量，对碳纤维应用范围的扩展和力学性能增强起着重要的作用。权利要求1.碳纤维表面涂复碳化硅的方法，该方法借助射频法电磁场聚焦装置对运动中的石墨化碳纤维加热，其特征在于加热同时制造一个氯硅烷加高纯氢气的反应环境，氯硅烷裂解并生成氯化氢的同时实现Sic沉积在碳纤维表面形成涂层。2.根据权利要求1所说的碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于聚焦电磁场使碳纤维加温在1100℃～1300℃下产生气相沉积过程。3.根据权利要求1所说的碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于运动中的碳纤维收入丝机构引导下产生2～2.5米/分的线速度。4.根据权利要求1所说的碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于产生Sic沉积的气相沉积反应所需的气氛是由0.5～0.8升/小时的流量的氯硅烷和0.3～06升/小时流量的高经氢气混配而成。5.根据权利要求4所说的碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于高纯氢气的纯度应达99.99％以上。6.根据权利要求1所说的碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于造成反应气氛的反应器密封氢气充入量为0.3～0.5升/分。7.实现纤维表面碳化硅涂层的专用设备，该设备包括高频电源(1)，射频功率分配器(2)，射频发射电缆(3)，实现电磁场线性聚焦对称射频耦合胫(4)，石英管反应器(5)，纤维收发机构(10、11)组成，其特征在于穿过射频耦合胫(4)的石英管反应器(5)为细长管状，两端收口成细孔管胫，在进出丝口管胫内侧均设有氩气充气口(5C、5D)，在出丝口端反应器(5)处设有反应气体混合入气口(5A)，在反应器中管设有氯化氢抽气口(5B)。8.根据权利要求7所说的专用设备。其牲征在于反应气体充气口(5A)通过管路接到气体混配室(6)，再通过流量计(6A、6B)后，接在氯硅烷气源(7)和高纯氢气源(8)上。全文摘要本专利技术涉及对碳纤维表面涂复碳化硅表面层的方法和专用装置。该专置即为改进了3射频聚焦式加热器。利用聚焦电磁场将纤维加热至1100℃～1300℃，并在石英管或反应器中制造一个氯硅烷和高纯氢气的反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时将碳化硅气相沉积在碳纤维表面，形成耐高温的表面涂层。文档编号C23C16/32GK1461821SQ0212107公开日2003年12月17日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日专利技术者陈新谋 申请人:陈新谋本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纤维表面涂复碳化硅的方法，该方法借助射频法电磁场聚焦装置对运动中的石墨化碳纤维加热，其特征在于加热同时制造一个氯硅烷加高纯氢气的反应环境，氯硅烷裂解并生成氯化氢的同时实现Ｓｉｃ沉积在碳纤维表面形成涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新谋，
申请(专利权)人：陈新谋，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]