一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法技术

本发明专利技术提出了一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，包括如下步骤：步骤a、碳布树脂预浸；步骤b、碳布铺层，并进行热压固化与碳化；步骤c、碳/碳薄壁筒体依据直径要求值设计筒体展开的矩形尺寸对经碳化硬化的碳布进行裁剪，并在缝合端按要求加工缝合孔；筒体底板依据筒体直径尺寸对经碳化硬化的碳布进行裁剪，并在缝合端按要求加工缝合孔；步骤d、缝合部位的炭丝进行硬化处理；步骤e、CVD致密化处理；步骤f、高温处理。本发明专利技术工艺简单；本体强度相对高且底部与筒体缝合强度高，产品整体性好；产品生产周期时间短，净尺寸成型，成本较低。

A Method of Preparing Carbon/Carbon Thin-walled Cylinder with Bottom

The invention provides a preparation method of carbon/carbon thin-walled cylinder with bottom, which includes the following steps: step a, carbon cloth resin preimpregnation; step b, carbon cloth layer, and hot pressing solidification and carbonization; step c, carbon/carbon thin-walled cylinder design the rectangular size of the cylinder according to the diameter requirement value to cut the carbonized carbon cloth, and process the suture hole at the suture end according to the requirement; Carbonized hardened carbon cloth is cut according to the diameter and size of the cylinder body, and the suture holes are machined at the suture end according to the requirements; step d, carbon filaments at the suture site are hardened; step e, CVD densification; step f, high temperature treatment. The invention has the advantages of simple process, relatively high strength of the body, high stitching strength between the bottom and the cylinder body, good product integrity, short production cycle time, net size forming and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法
本专利技术涉及一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，属于高温炉用热场零件及其制备方法领域。
技术介绍
碳/碳薄壁筒产品是高温炉中高温热场构件的一种。根据其壁薄特点，主要应用于低密度保温材料的衬板或护板，用于抵挡气体侵蚀而提高炉内保温材料的使用寿命。碳/碳薄壁筒体与常用的碳/碳复合材料一样，具有高温性能稳定的特点，同时也具有壁薄，质量轻，占用空间小等优势，广泛应用于高温炉内。该类碳/碳薄壁筒产品传统的工艺为预制体成型致密法及缠绕成型法等。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”公开了采用筒状碳纤维预制体，通过采用化学气相渗透法致密，再经机加工、纯化后制备得到成品的方法即制得高纯度的炭/炭隔热屏。该类方法有生产周期长，一般需要90-100天，以及加工余量大，浪费量大的不足。目前已公开的申请号201810066865.6，名称为“一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法”公开了一种利用缠绕工艺制备筒体的方法，该工艺可较好的实现薄壁筒体产品，但较难实现带底的筒状产品产品。本专利技术鉴于上述已公开专利方法的工艺不足，提出一种借助碳丝缝合技术实现的薄壁、带底的碳筒体产品方法，该工艺具生产周期短、净尺寸成型、强度高的特点，可以满足高温炉内该类产品的使用要求。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有技术中的问题而提出的，技术方案如下，一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，包括以下步骤：步骤a、选择12K平纹碳布进行树脂预浸；步骤b、将预浸碳布铺层并进行热压固化成型及碳化处理；步骤c、并对经碳化固化的碳布进行裁剪，使其满足碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸，并依据碳/碳薄壁筒体的直径尺寸剪裁筒体底板，并在缝合端加工缝合孔；步骤d、缝合孔部位使用炭丝缝合形成带底的碳布筒，并利用树脂与短纤维纤维粉混合物进行涂覆，然后进行160℃固化处理；步骤e、将步骤d处理过的带底的碳布筒用沉积定型工装装配后，进行化学气相沉积致密CVD处理；步骤f、将步骤e处理过的带底的碳布筒用高温定型工装装配后，进行高温处理，最终制备带底的碳/碳薄壁筒体。优选的，所述步骤a中预浸碳布要到达的技术指标为：树脂含量30％～50％，挥发分小于10％，不溶树脂含量5.0％～30％。优选的，所述步骤a中，碳布面密度为200g/㎡～400g/㎡；所述树脂为酚醛树脂或糠酮树脂或呋喃树脂，树脂残炭值≥50％。优选的，所述步骤b中预浸碳布铺层为1-3层，热压固化成型后厚度为0.5mm～3.5mm。进一步的，所述步骤b中热压固化成型及碳化工艺为：使用酚醛树脂进行碳布预浸，热压温度为160℃，热压压力≥1MPa，碳化温度≥750℃；使用糠醛树脂或呋喃树脂进行碳布预浸，热压温度为180℃，热压压力≥1MPa，碳化温度≥750℃。优选的，所述步骤c中碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸计算方法为：L＝3.14*2*R+M+(1.5～3),其中L为碳/碳薄壁筒体展开后矩形的长边尺寸；R为设计生产的碳/碳薄壁筒体的半径；M为预留缝制区域长度尺寸；(1.5～3)为缝合偏差余量。优选的，所述步骤d中树脂与短纤维纤维粉混合物，是由酚醛树脂与短纤维纤维粉质量比(4～8):1比例进行配置，短纤维纤维粉的纤维尺寸为0.5-2mm。优选的，所述步骤e中沉积定型工装为石墨或低密度碳/碳复合材料材质，位于带底的碳布筒内部，其外径尺寸比带底的碳布筒内径略小1-2mm，紧贴带底的碳布筒内壁设置；沉积定型工装分段填充带底的碳布筒，不少于2段。优选的，所述步骤e中CVD工艺为：温度1000-1100℃，碳源气体为丙烷、丙烯或天然气，炉体控压1000-4000Pa。优选的，所述步骤f中高温定型工装为石墨或低密度碳/碳复合材料材质，高温定型工装比带底的碳布筒内径小3-5mm，用于高温下的膨胀尺寸预留。本专利技术工艺简单，大大降低生产成本与生产周期；本工艺净尺寸加工成型，具有节省加工余量，降低生产成本的特点；产品结构设计均采用连续纤维，相对强度高；首次将缝合工艺用于碳/碳薄壁筒产品的制备，具有整体性好的特点。附图说明图1是本专利技术根据碳/碳薄壁筒体尺寸剪裁的矩形碳布打孔后的示意图。图2是本专利技术碳/碳薄壁筒体展开后左上角的放大图。图3是本专利技术碳/碳薄壁筒体展开后右上角的放大图。图4是本专利技术碳/碳薄壁筒体展开后左下角的放大图。图5是本专利技术筒体底板打孔后的剪裁图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件，除非特别说明，比例和百分比基于重量。一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，包括以下步骤：步骤a、选择12K平纹碳布进行树脂预浸，预浸碳布要到达的技术指标为：树脂含量30％～50％，挥发分小于10％，不溶树脂含量5.0％～30％。碳布面密度为200g/㎡～400g/㎡；所述树脂为酚醛树脂或糠酮树脂或呋喃树脂，树脂残炭值≥50％。步骤b、将预浸碳布铺层并进行热压固化成型及碳化处理，所述步骤b中预浸碳布铺层为1-3层，热压固化成型后厚度为0.5mm～3.5mm。热压固化成型及碳化工艺为：使用酚醛树脂进行碳布预浸，热压温度为160℃，热压压力≥1MPa，碳化温度≥750℃；使用糠醛树脂或呋喃树脂进行碳布预浸，热压温度为180℃，热压压力≥1MPa，碳化温度≥750℃。步骤c、并对经碳化固化的碳布进行裁剪，使其满足碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸，并依据碳/碳薄壁筒体的直径尺寸剪裁筒体底板，并在缝合端加工缝合孔，所述缝合端指碳/碳薄壁筒体展开后的矩形碳布的两端、矩形碳布的底端及剪裁下的筒体底板边缘，筒体底板边缘上的缝合孔数量与矩形碳布下端的缝合孔数量一致且对应；碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸计算方法为：L＝3.14*2*R+M+(1.5～3),其中L为碳/碳薄壁筒体展开后矩形的长边尺寸；R为设计生产的碳/碳薄壁筒体的半径；M为预留缝制区域长度尺寸；(1.5～3)为缝合偏差余量。步骤d、缝合孔部位使用炭丝缝合形成带底的碳布筒，并利用树脂与短纤维纤维粉混合物进行涂覆，然后进行160℃固化处理；树脂与短纤维纤维粉混合物，是由酚醛树脂与短纤维纤维粉质量比(4～8):1比例进行配置，短纤维纤维粉的纤维尺寸为0.5-2mm。步骤e、将步骤d处理过的带底的碳布筒用沉积定型工装装配后，进行化学气相沉积致密CVD处理；沉积定型工装为石墨或低密度碳/碳复合材料材质，位于带底的碳布筒内部，其外径尺寸比带底的碳布筒内径略小1-2mm，紧贴带底的碳布筒内壁设置；沉积定型工装分段填充带底的碳布筒，不少于2段。CVD工艺为：温度1000-1100℃，碳源气体为丙烷、丙烯或天然气，炉体控压1000-4000Pa。步骤f、将步骤e处理过的带底的碳布筒用高温定型工装装配后，进行高温处理，最终制备带底的碳/碳薄壁筒体。高温定型工装为石墨或低密度碳/碳复合材料材质，高温定型工装比带底的碳布筒内径小3-5mm，用于高温下的膨胀尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，包括以下步骤：步骤a、选择12K平纹碳布进行树脂预浸；步骤b、将预浸碳布铺层并进行热压固化成型及碳化处理；步骤c、并对经碳化固化的碳布进行裁剪，使其满足碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸，并依据碳/碳薄壁筒体的直径尺寸剪裁筒体底板，并在缝合端加工缝合孔；步骤d、缝合孔部位使用炭丝缝合形成带底的碳布筒，并利用树脂与短纤维纤维粉混合物进行涂覆，然后进行160℃固化处理；步骤e、将步骤d处理过的带底的碳布筒用沉积定型工装装配后，进行化学气相沉积致密CVD处理；步骤f、将步骤e处理过的带底的碳布筒用高温定型工装装配后，进行高温处理，最终制备带底的碳/碳薄壁筒体。

【技术特征摘要】
1.一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，包括以下步骤：步骤a、选择12K平纹碳布进行树脂预浸；步骤b、将预浸碳布铺层并进行热压固化成型及碳化处理；步骤c、并对经碳化固化的碳布进行裁剪，使其满足碳/碳薄壁筒体展开的矩形尺寸，并依据碳/碳薄壁筒体的直径尺寸剪裁筒体底板，并在缝合端加工缝合孔；步骤d、缝合孔部位使用炭丝缝合形成带底的碳布筒，并利用树脂与短纤维纤维粉混合物进行涂覆，然后进行160℃固化处理；步骤e、将步骤d处理过的带底的碳布筒用沉积定型工装装配后，进行化学气相沉积致密CVD处理；步骤f、将步骤e处理过的带底的碳布筒用高温定型工装装配后，进行高温处理，最终制备带底的碳/碳薄壁筒体。2.根据权利要求1所述的一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，其特征在于：所述步骤a中预浸碳布要到达的技术指标为：树脂含量30％～50％，挥发分小于10％，不溶树脂含量5.0％～30％。3.根据权利要求1所述的一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，其特征在于：所述步骤a中，碳布面密度为200g/㎡～400g/㎡；所述树脂为酚醛树脂或糠酮树脂或呋喃树脂，树脂残炭值≥50％。4.根据权利要求1所述的一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，其特征在于：所述步骤b中预浸碳布铺层为1-3层，热压固化成型后厚度为0.5mm～3.5mm。5.根据权利要求3所述的一种带底的碳/碳薄壁筒体制备方法，其特征在于：所述步骤b中热压固化成型及碳化工艺为：使用酚醛树脂进行碳布预浸，热压温度为160℃，热压压力≥1MP...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗昆鹏，姜召阳，陈小飞，张贵岐，于红刚，曹磊，高晓佳，王春梅，
申请(专利权)人：航天睿特碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37