CN110923671A - 一种化学气相浸渗炉内置物料架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装炉工装，具体涉及一种化学气相浸渗炉内置物料架，以解决现有技术中存在的纤维预制体在炉膛内堆积密度过高影响沉积质量，且有效沉积空间利用率低的问题。采用的技术方案是一种化学气相浸渗炉内置物料架呈至少两层结构，各层均由物料盘和用于支撑物料盘的筒状的支撑柱构成，设置于底部的支撑柱固定在炉内托料盘上；所述物料盘的外边缘与炉壁存有间隙，且间隙距离大于等于150mm，以便炉内气体流动。

Description

一种化学气相浸渗炉内置物料架

技术领域

本发明涉及一种装炉工装，具体涉及一种化学气相浸渗炉内置物料架。

背景技术

制备碳纤维和碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料时，通常采用等温化学气相浸渗(CVI)的制备方法。CVI法制备工艺流程包括：将纤维预制体放入温度均匀且无明显强制气体流动的密闭反应室内(炉膛)，气态先驱体按一定比例进入炉膛并主要通过扩散作用渗入到多孔纤维预制体内，在纤维预制体表面原位沉积；生产固体产物的同时放出气体副产物，副产物从纤维壁面上解附并借助于扩散传质进入主气流，随后排出沉积炉，完成CVI过程。

基于CVI法的制备特点，在实际生产过程中，纤维预制体在炉膛内的摆放位置至关重要。纤维预制体摆放时要求相互错开，相互遮挡面不能超过50％，确保气态先驱体在炉膛内均匀扩散，进而提高纤维预制体的沉积均匀性和沉积效率，避免纤维预制体表面局部过度沉积，影响其致密化过程。

目前，不同尺寸纤维预制体在CVI沉积过程中采用混装方式，即纤维预制体都堆积在炉膛底部，纤维预制体堆积密度相对过高，严重影响沉积质量，且设备有效沉积空间利用率相对较低。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的纤维预制体在炉膛内堆积密度过高影响沉积质量，且有效沉积空间利用率低的问题，而提供了一种化学气相浸渗炉内置物料架。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种化学气相浸渗炉内置物料架，其特殊之处在于：

所述物料架呈至少两层结构，各层均由物料盘和用于支撑物料盘的筒状的支撑柱构成，设置于底部的支撑柱固定在炉内托料盘上；所述物料盘的外边缘与炉壁存有间隙，且间隙距离大于等于150mm，以便炉内气体流动。

进一步地，所述物料架为2-5层，各层物料盘均位于炉膛内的有效沉积区域。

进一步地，所述物料盘呈圆环状，圆环状的物料盘环宽为炉膛半径的1/5-1/3，厚度为30-40mm；或所述物料盘呈中空正多边形，且中空正多边形的物料盘的内边缘与外边缘之间宽度为30-50mm,厚度为15-25mm。

进一步地，所述圆环状的物料盘和/或支撑柱上均布有至少一组用于加强气体流动的通气孔，每组通气孔的数量至少为2个。在能够确保物料架刚性的条件下，通气孔越多越好。

进一步地，所述通气孔呈网状排布或辐射状排布。

进一步地，所述支撑柱的横截面呈圆形或正多边形。

进一步地，所述每层支撑柱为三至五组，且呈正多边形分布，每组由一个支撑柱或多个支撑柱拼接组成。

进一步地，所述支撑柱的筒壁厚度为15-20mm。

进一步地，所述支撑柱一端设置有凸台，另一端设置有凹槽，所述凹槽与凸台相适配以完成拼接；所述支撑柱的凸台与凹槽上设置有物料盘嵌入口，物料盘嵌入物料盘嵌入口内以完成固定。

进一步地，所述物料架的材质为高强细料石墨。

本发明中所述有效沉积区域是指：化学气相浸渗炉内温度在所要求目标温度上下5℃范围内波动区域。一般保温盖(炉顶)以下300mm至托料盘(炉底)以上300～500mm范围为有效沉积区域。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所提出的一种化学气相浸渗炉内置物料架，可将炉膛有效沉积区域分为多层，使装炉量得到有效提高，且纤维预制体之间装炉间隙相对较大，有利于气态先驱体均匀扩散，提高沉积质量和设备有效沉积空间利用率；

(2)该化学气相浸渗炉内置物料架打破了传统的不同尺寸纤维预制体混装的装炉方式，针对尺寸小于400mm的类盒型、U型、L型、环框型、平板等结构纤维预制体，可实现批量化生产，提高产能，降低生产成本；

(3)该化学气相浸渗炉内置物料架设计简单，加工成本较低，可灵活拆卸和组装，根据实际炉膛尺寸调整物料架的结构大小，并根据实际纤维预制体尺寸大小及装炉数量选择物料盘形状；

(4)圆环状物料盘和/或支撑柱上的通气孔不仅可以加强炉膛内空气流动，提高沉积质量，还可以减轻物料架的重量，进一步降低成本；

(5)物料架采用高强细料石墨材质，相对于现有技术使用的高纯石墨成本更低，相对于现有技术使用的电极石墨强度更好。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一的俯视图；

图3是本发明实施例二的结构示意图；

图4是本发明实施例二的俯视图；

图中，1-物料盘，2-支撑柱，3-通气孔，4-托料盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种化学气相浸渗炉内置物料架作进一步详细说明。

实施例一

本发明一种化学气相浸渗炉内置物料架，如图1、图2所示：

该物料架为两层结构，各层均由物料盘1和用于支撑物料盘1的筒状的支撑柱2构成，设置于底部的支撑柱2固定在炉内托料盘4上；

本实施例中，物料盘1为圆环状，圆环状的物料盘1环宽为炉膛半径的1/4，厚度为30mm，可放置类盒型、U型、L型等结构纤维预制体；

物料盘1的外边缘与炉壁存有间隙，且间隙距离为150mm，以便炉内气体流动；

支撑柱2的横截面为圆形，筒壁厚度为15mm；

圆环状的物料盘1和支撑柱2上均布有多组用于加强气体流动的通气孔3，且通气孔3呈网状排布；

该物料架每层支撑柱2有三组，且呈正三角形分布，底层每组由两个支撑柱2拼接组成，顶层每组由一个支撑柱2组成，以保证各层物料盘1均位于炉膛内的有效沉积区域；

支撑柱2一端设置有凸台，另一端设置有凹槽，凹槽与凸台相适配以完成支撑柱2的拼接；支撑柱2的凸台与凹槽上设置有物料盘嵌入口，物料盘1嵌入物料盘嵌入口内以完成物料盘1的固定。

实施例二

本发明一种化学气相浸渗炉内置物料架，如图3、图4所示：

该物料架为两层结构，各层均由物料盘1和用于支撑物料盘1的筒状的支撑柱2构成，设置于底部的支撑柱2固定在炉内托料盘4上；

本实施例中，物料盘1为中空正三角形，且中空正三角形的物料盘1的内边缘与外边缘之间宽度为30mm，厚度为18mm，可放置环框型、平板等尺寸相对较大的纤维预制体；

物料盘1的外边缘与炉壁存有间隙，最短间隙为150mm，以便炉内气体流动；

支撑柱2的横截面为圆形，筒壁厚度为15mm；

支撑柱2上均布有多组用于加强气体流动的通气孔3，且通气孔3呈网状排布；

该物料架每层支撑柱2有三组，且呈正三角形分布，底层每组由两个支撑柱2拼接组成，顶层每组由一个支撑柱2组成，以保证各层物料盘1均位于炉膛内的有效沉积区域；

支撑柱2一端设置有凸台，另一端设置有凹槽，凹槽与凸台相适配以完成支撑柱2的拼接；支撑柱2的凸台与凹槽上设置有物料盘嵌入口，物料盘1嵌入物料盘嵌入口内以完成物料盘1的固定。

Claims (10)

1.一种化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述物料架呈至少两层结构，各层均由物料盘(1)和用于支撑物料盘(1)的筒状的支撑柱(2)构成，设置于底部的支撑柱(2)固定在炉内托料盘(4)上；所述物料盘(1)的外边缘与炉壁存有间隙，且间隙距离大于等于150mm。

2.根据权利要求1所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述物料架为2-5层，各层物料盘(1)均位于炉膛内的有效沉积区域。

3.根据权利要求1所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述物料盘(1)呈圆环状，圆环状的物料盘(1)环宽为炉膛半径的1/5-1/3，厚度为30-40mm；或所述物料盘(1)呈中空正多边形，且中空正多边形的物料盘(1)的内边缘与外边缘之间宽度为30-50mm,厚度为15-25mm。

4.根据权利要求3所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述圆环状的物料盘(1)和/或支撑柱(2)上均布有至少一组用于加强气体流动的通气孔(3)，每组通气孔(3)的数量至少为2个。

5.根据权利要求4所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述通气孔(3)呈网状排布或辐射状排布。

6.根据权利要求1至5任一所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述支撑柱(2)的横截面呈圆形或正多边形。

7.根据权利要求6所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述每层支撑柱(2)为三至五组，且呈正多边形分布，每组由一个支撑柱(2)或多个支撑柱(2)拼接组成。

8.根据权利要求7所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于:

所述支撑柱(2)的筒壁厚度为15-20mm。

9.根据权利要求8所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述支撑柱(2)一端设置有凸台，另一端设置有凹槽，所述凹槽与凸台相适配以完成拼接；所述支撑柱(2)的凸台与凹槽上设置有物料盘嵌入口，物料盘(1)嵌入物料盘嵌入口内以完成固定。

10.根据权利要求9所述的化学气相浸渗炉内置物料架，其特征在于：

所述物料架的材质为高强细料石墨。

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