CN112624784B - 一种碳碳装料架的制作方法 - Google Patents

一种碳碳装料架的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于碳材料及热处理技术领域。针对现有的石墨材质的热处理装料架存在的重量大，易碎，气体流通不均匀的问题，本发明提供一种碳碳装料架的制作方法，包括如下步骤：将碳纤维复合板材，进行2000℃以上真空高温处理；经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架；通过气相沉积的方法沉积碳；再次进行2000℃以上真空高温处理。该方法制得的装料架重量轻，寿命长，炉腔内温度均匀性好，气体与产品的接触充分。

Description

一种碳碳装料架的制作方法
技术领域
本发明属于碳材料及热处理技术领域，具体设计一种碳碳装料架的制作方法。
背景技术
热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构，来控制其性能的一种综合工艺过程。传统的热处理装料架主要采用金属或者合金的材料，并且主要以相互独立的单层式设计为主，这样就会造成处于各个料架上的工件会存在微小的温度差异，从而造成工件性能的差异，另外，采用金属或者合金材料的热处理装料架承受冷热冲击的能力较差，从而导致这种装料架的使用寿命较短。后来出现了非金属材料制作的装料架，目前市场上多为石墨装料架，用石墨通过开孔做装料架，但是石墨做的装料架重量太重，易碎，气体流通不均匀，导致死角多等，影响其产量和质量。
发明内容
针对现有的石墨材质的热处理装料架存在的重量大，易碎，气体流通不均匀的上述问题，本发明提供一种碳碳装料架的制作方法，该方法制得的装料架重量轻，寿命长，特别是炉腔内温度均匀性好，气体与产品的接触充分。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种碳碳装料架的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥95％的密度为1.3g/cm3-1.6g/cm3的碳纤维复合板材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1000-1100℃，再用时6h升温至1550-1650℃，用时7h升温至2150-2250℃，恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得；
(2)将上述处理后的复合板材经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架；
(3)将组装完毕的装料架通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的碳碳装料架；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至280-320℃，用时6h升温至880-920℃，用时1.5h升温至1000-1050℃，恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体，各气体的气流量为0-30m3每小时，通气保持时间为0-1000小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得；
(4)将气相沉积完毕的装料架再次进行真空高温处理。
进一步的，所述步骤(1)真空高温处理的步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1050℃，再用时6h升温至1600℃，用时7h升温至2200℃，2200℃下恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
进一步的，所述步骤(3)中气相沉积的处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至300℃，用时6h升温至900℃，用时1.5h升温至1020℃，1020℃下恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体。
进一步的，所述步骤(3)气相沉积的处理步骤：采用的碳源气体为丙烷、丙烯或者天然气中的任一种。
进一步的，所述步骤(3)气相沉积的处理步骤：各气体的气流量为10-20m3每小时，通气保持时间为100-500小时。
进一步的，所述步骤(4)再次进行真空高温处理的步骤与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
本发明具有以下有益效果：
本发明先对碳纤维复合材料，进行2000℃以上真空高温处理，一方面提高产品的纯度，另一方面防止在使用时温度过高发生变形。本发明采用互锁结构组合为碳碳装料架，稳定性好，避免使用昂贵的耐高温金属连接件，向碳碳条中引入杂质，产生结构稳定性问题。装料架组装后进行气相沉积，使碳碳条表面更加致密，防止炉腔内其他物质进入碳碳条而影响其使用寿命，另一方面能让相互交叉的碳碳条更紧密地连在一起，使其结构更加坚固。再次进行2000℃以上真空高温处理，能够进一步提高产品的纯度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种碳碳装料架的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量为95％，密度为1.3g/cm3的碳纤维复合板材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1050℃，再用时6h升温至1600℃，用时7h升温至2200℃，2200℃下恒温7小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述处理后的复合板材经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架。
(3)将组装完毕的装料架通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的碳碳装料架；气相沉积的处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至300℃，用时6h升温至900℃，用时1.5h升温至1020℃，1020℃下恒温3小时，然后通入氮气和丙烷；各气体的气流量为10m3每小时，通气保持时间为400小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(4)将气相沉积完毕的装料架再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
实施例2
一种碳碳装料架的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥98％，密度为1.6g/cm3的碳纤维复合板材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1000℃，再用时6h升温至1550℃，用时7h升温至2150℃，2150℃下恒温3小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述处理后的复合板材经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架；
(3)将组装完毕的装料架通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的碳碳装料架；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至280℃，用时6h升温至880℃，用时1.5h升温至1000℃，恒温3小时，然后通入氮气和丙烯，各气体的气流量为20m3每小时，通气保持时间为600小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(4)将气相沉积完毕的装料架再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
实施例3
一种碳碳装料架的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥98％，密度为1.8g/cm3的碳纤维复合板材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1100℃，再用时6h升温至1650℃，用时7h升温至2250℃，2250℃下恒温10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述处理后的复合板材经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架；
(3)将组装完毕的装料架通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的碳碳装料架；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至320℃，用时6h升温至920℃，用时1.5h升温至1050℃，恒温3小时，然后通入氮气和天然气，各气体的气流量为30m3每小时，通气保持时间为900小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(4)将气相沉积完毕的装料架再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种碳碳装料架的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥95％的密度为1.3g/cm3-1.6g/cm3的碳纤维复合板材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1000-1100℃，再用时6h升温至1550-1650℃，用时7h升温至2150-2250℃，恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得；
(2)将上述处理后的复合板材经机械加工处理成厚度均匀的板材，并且制作成带有子母槽的条形材料，通过板材间的交叉互锁，组合为装料架；
(3)将组装完毕的装料架通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的碳碳装料架；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至280-320℃，用时6h升温至880-920℃，用时1.5h升温至1000-1050℃，恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体，各气体的气流量为10-30m3每小时，通气保持时间为400-1000小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得；采用的碳源气体为丙烷、丙烯或者天然气中的任一种；
(4)将气相沉积完毕的装料架再次进行真空高温处理，再次进行真空高温处理的步骤与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
2.根据权利要求1所述的碳碳装料架的制作方法，其特征在于，所述步骤(1)真空高温处理的步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1050℃，再用时6h升温至1600℃，用时7h升温至2200℃，2200℃下恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
3.根据权利要求1所述的碳碳装料架的制作方法，其特征在于，所述步骤(3)中气相沉积的处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至300℃，用时6h升温至900℃，用时1.5h升温至1020℃，1020℃下恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体。
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