CN101445384A - 一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法，该方法采用针刺整体毡或预氧毡结构预制体；预氧毡先通过炭化处理，再进行化学气相沉积热解炭，然后通过液相浸渍－炭化工艺致密，反复致密处理数次；到密度≥165g/cm3时致密工艺结束，经过高温处理后，密度达160g/cm3时按照图样机械加工后，即可制得高温炉用炭/炭螺栓、螺母。本发明采用气相与液相浸渍－炭化法相结合的致密方法，工艺方法简单、可批量化生产，制备的炭/炭复合材料螺栓、螺母在高温炉设备使用方面，具有良好的机械性能，对于延长螺栓、螺母在高温炉设备中的使用寿命有重要的意义，减少了螺栓、螺母的更换率。
Description
技术领域
本发明属于高温炉用热场材料配件技术领域，具体涉及一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法。
背景技术
高温炉作为粉末冶金等传统工业领域、新材料新能源领域及国防工业中不可或缺的设备，得到了广泛的应用。高温炉中热场材料部分多采用石墨作为功能、结构件，但传统的石墨材料具有强度低、热膨胀系数较大、使用寿命较低等原因，而使用受到了一定的限制。随着科技的进步，致使高温炉等专用设备对材料的要求也更加苛刻，而且高温炉的日常保护和维修也是非常重要的。
螺栓、螺母作为高温炉的紧固件，在高温设备中的拆卸次数是非常频繁的，目前，大多数高温炉采用的是高纯石墨材料作为高温炉紧固件，由于石墨材料强度较低，易碎，在拆卸过程中极易损伤，因此，严重影响着高温设备的使用寿命，增加了零件的更换次数，采用炭/炭复合材料螺栓、螺母作为高温炉用紧固件，可以大大的提高高温设备的使用寿命，由于炭/炭材料强度高，不易破损，因此，可以减少其更换率，延长产品的使用寿命，在一定程度上降低了成本。原有的螺栓、螺母材料在使用性能和经济性能上都已不能满足要求，开发高性能、低价格的螺栓、螺母材料具有重大的现实意义。
根据检索资料，目前国内外均无公开炭/炭复合材料螺栓、螺母的专利信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种工艺简单、可执行性强、材料性能稳定的高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法，该方法采用化学气相沉积和液相浸渍-炭化相结合的致密工艺，制得密度≥1.60g/cm3的炭/炭复合材料螺栓、螺母。该炭/炭复合材料结构稳定，强度高，耐高温抗腐蚀能力强，可大大提高螺栓、螺母的使用寿命，减少螺栓、螺母的更换率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法，其特征在于制备过程为：
(1)采用全碳纤维网胎针刺整体毡或采用全预氧丝网胎针刺预氧毡结构预制体，在整体毡或预氧毡结构预制体垂直方向针刺引入增强纤维；
(2)在炭化炉内对步骤(1)中的预氧毡结构预制体进行炭化处理，炭化温度为700～1000℃，炭化时间为30～50小时；
(3)化学气相沉积工艺：在化学气相沉积炉内对步骤(1)中的整体毡结构预制体和步骤(2)中经炭化处理后的预氧毡结构预制体进行化学气相沉积，沉积至密度≥1.00g/cm3时转液相浸渍-炭化致密，沉积温度为800-1200℃，沉积时间为80-200小时；
(4)液相浸渍-炭化致密工艺：采用糠酮树脂、酚醛树脂或沥青作为浸渍剂，在压力为1.0-5.0MPa下，对步骤(3)中经化学气相沉积后的整体毡结构预制体和预氧毡结构预制体进行浸渍固化，浸渍固化2-10小时后，转炭化炉进行炭化处理，使得螺栓、螺母制品密度≥1.65g/cm3，固化温度为140-240℃，炭化温度为700-1200℃；
(5)在高温炉内对步骤(4)中的螺栓、螺母制品进行高温处理，所述高温处理温度1600-2500℃，螺栓、螺母制品密度≥1.60g/cm3时，机械加工后即制得高温炉用炭/炭螺栓及螺母。
上述步骤(1)中所述炭纤维网胎和预氧丝网胎均为1-36K，其中K代表碳纤维丝束千根数。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)采用针刺整体毡和针刺预氧毡结构预制体，可增强螺栓、螺母的机械强度和抗腐蚀能力，可以防止螺栓、螺母缺损和破裂。
(2)采用化学气相沉积与液相浸渍-炭化相结合的致密工艺，工艺简单、可批量生产、致密效果良好，制得产品性能稳定等优点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
(1)采用针刺整体毡结构预制体，体积密度为0.20g/cm3；
(2)化学气相沉积工艺，沉积温度为920℃，沉积时间100h，沉积至密度≥1.00g/cm3时转浸渍-炭化致密；
(3)液相浸渍-炭化致密工艺，采用糠酮树脂作为浸渍剂，在压力为1.8MPa下进行浸渍5h，固化温度为180℃固化后转炭化炉800℃炭化处理；
(4)经过高温处理，处理温度为1800℃。
(5)高温处理结束制品密度≥1.60g/cm3时，按照图样机械加工后即可制得高温炉用炭/炭螺栓、螺母。
实施例2
(1)采用针刺预氧毡结构预制体；
(2)预氧毡进行炭化处理，炭化温度为880℃，炭化时间50h；
(3)化学气相沉积工艺，沉积温度为940℃，沉积时间120h，沉积至密度≥1.00g/cm3时转液相浸渍-炭化致密；
(4)液相浸渍-炭化致密工艺，采用酚醛树脂作为浸渍剂，在压力为1.4MPa下进行浸渍4h，固化温度为200℃固化后转炭化炉900℃炭化处理；
(5)经过高温处理，处理温度为2000℃；
(6)高温处理结束制品密度≥1.60g/cm3时，按照图样机械加工后即可制得高温炉用炭/炭螺栓、螺母。
实施例3
(1)采用针刺预氧毡结构预制体；
(2)预氧毡进行炭化处理，炭化温度为920℃，炭化时间30h；
(3)化学气相沉积工艺，沉积温度为960℃，沉积时间144h，沉积至密度≥1.00g/cm3时转液相浸渍-炭化致密；
(4)液相浸渍-炭化致密工艺，沥青作为浸渍剂，在压力为1.2MPa下进行浸渍5h，固化温度为240℃固化后转炭化炉1000℃炭化处理；
(5)经过高温处理，处理温度为2300℃；
(6)高温处理结束制品密度≥1.60g/cm3时，按照图样机械加工后即可制得高温炉用炭/炭螺栓、螺母。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法，其特征在于制备过程为：
(1)采用全网胎针刺整体毡或采用全预氧丝针刺预氧毡结构预制体，在整体毡或预氧毡结构预制体垂直方向针刺引入增强纤维；
(2)在炭化炉内对步骤(1)中的预氧毡结构预制体进行炭化处理，炭化温度为700～1000℃，炭化时间为30～50小时；
(3)化学气相沉积工艺：在化学气相沉积炉内对步骤(1)中的整体毡结构预制体和步骤(2)中经炭化处理后的预氧毡结构预制体进行化学气相沉积，沉积至密度≥1.00g/cm3时转液相浸渍-炭化致密，沉积温度为800-1200℃，沉积时间为80-200小时；
(4)液相浸渍-炭化致密工艺：采用糠酮树脂、酚醛树脂或沥青作为浸渍剂，在压力为1.0-5.0MPa下，对步骤(3)中经化学气相沉积后的整体毡结构预制体和预氧毡结构预制体进行浸渍固化，浸渍固化2-10小时后，转炭化炉进行炭化处理，使得螺栓、螺母制品密度≥1.65g/cm3，固化温度为140-240℃，炭化温度为700-1200℃；
(5)在高温炉内对步骤(4)中的螺栓、螺母制品进行高温处理，所述高温处理温度1600-2500℃，螺栓、螺母制品密度≥1.60g/cm3时，机械加工后即制得高温炉用炭/炭螺栓及螺母。
2.按照权利要求1所述的一种高温炉用炭/炭螺栓及螺母的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述炭纤维网胎和预氧丝网胎均为1-36K，其中K代表碳纤维丝束千根数。
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