CN102748951A - 一种板条单元、制备方法及板条单元组装的隔热筒 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隔热材料技术领域，一种板条单元，其特征是：板条单元是由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成的圆弧状结构，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。本发明板条单元是由整体毡制备而成，有效地避免因为热膨胀产生的应力所引起的开裂，克服了多层保温筒的分层现象，由板条单元组装的隔热筒为多瓣式结构，可以针对隔热筒的局部损坏部分进行局部替代修复，达到该隔热筒可重复利用的目的，具有隔热性能优异，使用寿命长，便于储存与运输，可进行局部替代修复等特点，大幅降低使用成本等优点。
Description
技术领域
本发明属于隔热材料技术领域，特别涉及一种板条单元、制备方法及应用于高温炉的由多片板条单元组装的多瓣式隔热筒。
背景技术
高温炉广泛应用于材料、能源、冶金等领域，常用来提纯、加热、改性、制备产品等，从而导致隔热材料消耗量日趋增加。各式的隔热筒随之应运而生，广泛适用于多晶硅、单晶硅铸锭炉、高压气淬炉、低压烧结炉、真空烧结炉等设备的保温材料。碳/碳复合隔热材料导热系数小、热容量低、密度小、线膨胀系数小、耐高温、耐热冲击强、耐化学腐蚀性强、高纯无污染等特点，因此炉用热场材料逐步转向碳/碳复合材料，而碳毡作为制造碳/碳复合结构材料和碳/碳复合隔热材料的坯体材料，其消耗量也随之增加。
传统型的单层隔热筒由于形状和厚度是固定的，存在着很多缺陷：
1.隔热效果是一定的，只适合在较窄的相应的温度区间。
2.单层的整体隔热筒在局部损坏时将会影响到其隔热效果，一旦局部发生破坏整个隔热筒将会无法使用，并且损坏部位不容易修复，很难达到隔热筒的二次重复利用。
3.表面容易受各种侵蚀，且不利于多次拆卸和安装。
目前，广泛使用的隔热筒需要达到相应的厚度，我国保温用碳毡圆筒的制造方法主要有两种：
一、采用软碳毡包裹在石墨材料制成的保温筒上组成；
二、采用石墨软毡体缠绕圆筒模具制作胚体，经均匀渗入固化剂后加压固化定型，后经过碳化、石墨化处理得到固化碳毡保温筒（如专利号200610136811.X）。
这些传统的制作方法制作隔热筒时需要一系列特定的模具，前一种方法制备的碳毡保温筒的保温效果一般，而且保温系统挤占空间大，石墨在维修过程中易损坏导致使用寿命变短，对于大尺寸的石墨筒成型困难，同时软毡容易吸附杂质，较难清理；而后一种方法制备的固化碳毡保温筒在碳化和高温处理工艺过程中应力难以释放，层与层之间结合力不够强，可能会导致分层。除此之外，隔热筒的致密性和密度均匀性不易控制，产品结构稳定性存在一定的缺陷，导致储存和运输过程容易损坏（空心圆筒，容易碎裂）。上述一系列问题使其制作成本高（每个保温筒都要在模具上完成，模具数量有限的时候，会延长制作时间），而且这种保温筒为一个整体，若某一处损坏，需整体更换，导致使用成本上升。
发明内容
本发明克服上述不足问题，提供一种板条单元，经过精细化处理，隔热性能优异，避免了分层现象的发生；本发明的第二个目的是提供板条单元的制备方法，精细化处理工艺简单，易于加工生产；本发明的第三个目的是提供一种板条单元组装的隔热筒，使用寿命长，便于拆卸和安装，局部发生破坏后，只需对隔热筒局部区域的板条单元进行拆卸和更换，大幅度降低使用成本。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种板条单元，其特征是：板条单元是由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成圆弧状，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。
所述板条单元由整体碳纤维毡制备而成，板条单元弧度为2π/n，其中n≥4。
本发明一种板条单元的制法，包括固化处理、热处理和机加工三步，具体工艺是：
第一步固化处理：将裁剪成块体的碳纤维毡浸入树脂质量分数为10-30%的树脂-酒精溶液中至充分吸收，取出后于室温下放置至树脂-酒精溶液不再下滴，然后将碳纤维毡放入弧形模具中，在60-100℃温度、压力1.2×104-1.8×104Pa条件下固化3-7h，再升温到140-180℃深度固化8-12h；
第二步热处理：固化成型后的碳纤维毡放入高温炉中在1200-1400℃碳化处理48-72h，再放入真空石墨烧结炉中在2000℃以上石墨化处理120-144h；
第三步机加工：在热处理后的碳纤维毡板条的两个侧壁上分别加工出凹槽和凸起，凹槽和凸起相匹配，得到板条单元。
本发明板条单元组装的隔热筒，采用n块弧度为2π/n的板条单元，相邻板条单元的凹槽与凸起相互拼接，即制得圆形多瓣式隔热筒，其中n≥4。
所述n为优选4-8。
本发明提供的板条单元是由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制得，由于板条单元是由整体毡制备而成，有效地避免因为热膨胀产生的应力所引起的开裂，克服了多层保温筒的分层现象；板条单元在结构上采用两个侧壁分别设有凹槽和凸起，结构简单，拆装方便快捷。且本发明板条单元的制备方法工艺合理，保证板条单元的性能，制备成本低。
本发明板条单元组装的隔热筒采用相邻两块板条单元的相互拼接组装成隔热筒，多瓣式结构，隔热筒的大小通过增加或减少板条单元的数目n并相应增加或减小板条单元的曲率半径r和长度l实现，可以针对隔热筒的局部损坏部分进行局部替代修复，达到该隔热筒可重复利用的目的，具有隔热性能优异，使用寿命长，便于储存与运输，可进行局部替代修复等特点，大幅降低使用成本等优点。
附图说明：
图1为本发明板条单元结构示意图。
图2为本发明多瓣式隔热筒结构示意图。
图中，1.凹槽，2.凸起，3.板条单元，4.隔热筒。
具体实施方式：
下面结合具体实施例及附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
如图1所示的一种板条单元，由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成的圆弧状结构，板条单元由整体碳纤维毡制备而成，板条单元弧度为2π/n，其中n＝16，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。
具体步骤如下：
第一步固化处理：根据所需求的尺寸，确定多瓣式隔热筒板条单元3的长度l、曲率半径r和弧度2π/n，根据板条单元3的规格，设计与之相应的板条单元模具，然后在板条单元模具上对碳毡进行固化，将裁剪成块体的碳纤维毡浸入树脂质量分数为10%的树脂-酒精溶液中至充分吸收，取出后于室温下放置至树脂-酒精溶液不再下滴。之后放入弧形模具中，在60℃温度下于1.2×104Pa固化3h后，升温到140℃深度固8h。
第二步热处理：固化成型后的碳纤维毡放入高温炉中于1200℃碳化处理48h，再放入真空石墨烧结炉中于2000℃石墨化处理120h。
第三步机加工：在热处理后的碳毡块体的两个侧壁上分别加工出凹槽1和凸起2，得到板条单元3。
实施例2
采用实施例1制得的板条单元组装隔热筒，将16块板条单元3相邻两块依次通过凹槽和凸起相互拼接，即可制得圆筒形的多瓣式隔热筒4，如图2所示。
实施例3
如图1所示的一种板条单元，由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成的圆弧状结构，板条单元由整体碳纤维毡制备而成，板条单元弧度为2π/n，其中n＝8，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。
具体步骤如下：
第一步固化处理：将裁剪成块体的碳纤维毡浸入树脂质量分数为10%的树脂-酒精溶液中至充分吸收，取出后于室温下放置至树脂-酒精溶液不再下滴。之后放入弧形模具中，在80℃温度下于1.5×104Pa固化5h后，升温到160℃深度固10h。
第二步热处理：固化成型后的碳纤维毡放入高温炉中于1300℃碳化处理60h，再放入真空石墨烧结炉中于2100℃石墨化处理132h。
第三步机加工：在热处理后的碳毡块体的两个侧壁上分别加工出凹槽1和凸起2，得到板条单元3。
实施例4
采用实施例3制得的板条单元组装隔热筒，将8块板条单元3相邻两块依次通过凹槽和凸起相互拼接，即可制得圆筒形的多瓣式隔热筒4，类似图2所示。
实施例5
如图1所示的一种板条单元，由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成的圆弧状结构，板条单元由整体碳纤维毡制备而成，板条单元弧度为2π/n，其中n＝4，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。
具体步骤如下：
第一步固化处理：将裁剪成块体的碳纤维毡浸入树脂质量分数为30%的树脂-酒精溶液中至充分吸收，取出后于室温下放置至树脂-酒精溶液不再下滴。之后放入弧形模具中，在100℃温度下于1.8×104Pa固化7h后，升温到180℃深度固12h。
第二步热处理：固化成型后的碳纤维毡放入高温炉中于1400℃碳化处理72h，再放入真空石墨烧结炉中于2050℃石墨化处理144h。
第三步机加工：在热处理后的碳毡块体的两个侧壁上分别加工出凹槽1和凸起2，得到板条单元3。
实施例6
采用实施例5制得的板条单元组装隔热筒，将4块板条单元3相邻两块依次通过凹槽和凸起相互拼接，即可制得圆筒形的多瓣式隔热筒4，类似图2所示。
多瓣式隔热筒4的大小可以通过增加或减少板条单元3的数目并相应增加或减小板条单元3的曲率半径r和长度l来实现。组成隔热筒4的板条单元3的数目设为4-8之间较好。
Claims (5)
1.一种板条单元，其特征是：板条单元是由碳纤维毡经固化处理、热处理、机加工制成的圆弧状结构，板条单元的一个侧壁上开设有凹槽，另一个侧壁上开设有凸起，凹槽与凸起相匹配。
2.根据权利要求1所述的板条单元，其特征是：所述板条单元由整体碳纤维毡制备而成，板条单元弧度为2π/n，其中n≥4。
3.权利要求1所述一种板条单元的制法，其特征是：包括固化处理、热处理和机加工三步，具体工艺是：
第一步固化处理：将裁剪成块体的碳纤维毡放入树脂质量分数为10-30%的树脂-酒精溶液中充分吸收，取出后于室温下放置至树脂-酒精溶液不再下滴，然后将碳纤维毡放入弧形模具中，在60-100℃温度、压力1.2×104-1.8×104Pa条件下固化3-7h，再升温到140-180℃深度固化8-12h；
第二步热处理：固化成型后的碳纤维毡放入高温炉中在1200-1400℃碳化处理48-72h，再放入真空石墨烧结炉中在2000℃以上石墨化处理120-144h；
第三步机加工：在热处理后的碳纤维毡板条的两个侧壁上分别加工出凹槽和凸起，凹槽和凸起相匹配，得到板条单元。
4.权利要求1所述板条单元组装的隔热筒，其特征是：采用n块弧度为2π/n的板条单元，相邻板条单元的凹槽与凸起相互拼接，即制得圆形多瓣式隔热筒，其中n≥4。
5.根据权利要求4所述的板条单元组装的隔热筒，其特征是：其中n为4-8。
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