CN115231940A - 一种碳碳保温筒生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳碳保温筒生产工艺，预先制备的保温筒预制体先后进行两次沉积，制得成品，相比传统的碳碳保温筒的生产工艺，使沉积致密时间由之前的1000‑2000h缩短为400h，碳碳保温筒的致密效率提高了250％—500％，减少了员工的劳动强度，缩短了生产周期，降低了碳碳保温筒致密期间耗费的巨大的成本，通过碳纤维复合布、碳纤维丝和碳纤维网胎依次层叠后生产的碳纤维预制体密度均匀，不易氧化，使用寿命长，而且由此生产的保温筒预制体在高温纯化过程中，不会因密度不均导致受热胀冷缩作用力不同，在高温纯化完成后产生变形严重的后果，减少了产品因变形导致报废情况的发生。
Description
技术领域
本发明属于碳碳复合材料制造技术领域，涉及碳碳保温筒的生产工艺。
背景技术
保温筒是拉晶热场中不可或缺的部件，目前拉晶热场中主要用的保温筒基本上都是由石墨加工而成的。保温筒在拉晶热场中主要起着构建热场空间，隔热保温的作用。
碳碳保温筒因尺寸较大，且壁厚较薄，因纯化学气相沉积制作周期较长，所以绝大多数企业均通过大碳源气体流量沉积来缩短其沉积致密时间，导致产品密度不均匀，使得保温筒在高温纯化过程中因密度高低不同导致受热胀冷缩作用不用，使得保温筒在高温纯化完成后变形严重，变形量在10-100mm不等，使得产品在在机加工过程中因变形无法加工至成品所需尺寸，最终导致产品报废，造成严重的成本浪费。
因此，现有技术有待于进一步提高和发展。
发明内容
为了解决上述问题，现提出一种碳碳保温筒生产工艺：
一种碳碳保温筒生产工艺，利用预先制备的保温筒预制体先后进行两次沉积，制得成品。
其中，保温桶筒预制体在沉积之前须进行固化，具体固化工艺为：将由树脂、固化剂配制的混合液均匀喷洒在保温筒预制体内外表面，自然风干2h后，装入烘箱中升温至200-330℃恒温固化1-5h后，自然降温至室温，得到固化完成的保温筒预制体。
优选的，混合液由树脂、固化剂按照4:1质量比配制而成。
优选的，第一次沉积工艺为：将固化好的保温筒预制体置于沉积炉中，沉积炉逐渐升温至900-1100℃后通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，设置炉内真空度前150h为4000-6000Pa；后150h氮气调整为50-150L/min，天然气调整为300-600L/min，炉内真空度调整为8000-10000Pa，300h后沉积结束并降温至室温。
优选的，第二次沉积工艺为：将第一次沉积后的保温筒预制体置于沉积炉中，沉积炉升温至900-1100℃，通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，设置炉内真空度前50h为4000-6000Pa；后50h氮气调整为50-150L/min，天然气调整为300-600L/min，炉内真空度调整为8000-10000Pa，100h后沉积结束并降温至室温。
优选的，每次沉积后，对沉积后保温筒预制体进行表面毛刺和积碳清理。
优选的，保温筒预制体由若干碳纤维复合布和碳纤维网胎间隔层叠而成，其中，所述碳纤维复合布由碳纤维布和和碳纤维网胎层叠压制而成。
优选的，碳纤维布是由碳纤维丝通过经纬交错的编织方式织成，密度为360-400g/m2，所述碳纤维网胎是在50-70mm的短切碳纤维表面均匀喷洒抗静电剂、柔顺剂和纯水按1:1:8质量比混合而成的溶液，自然晾干后，经过机械打散后制成，密度为100-130g/m2。
优选的，保温筒预制体是将碳纤维复合布平铺于模具上，再用碳纤维丝进行圆周方向绕丝，将复合布固定在模具上，再将碳纤维网胎平铺在复合布上面，操作异形针刺机对其进行针刺，针刺密度控制在30-45针/10cm2，针刺深度控制12-18mm，制作好第一层，依次叠加碳纤维复合布和碳纤维网胎，并针刺至保温筒预制体设计尺寸，制作得到保温筒预制体。
有益效果：
1、本发明相比传统的碳碳保温筒的生产工艺，对预先制备的保温筒预制体先后进行两次沉积，使沉积致密时间由之前的1000-2000h缩短为400h，碳碳保温筒的致密效率提高了250％—500％，减少了员工的劳动强度，缩短了生产周期，降低了碳碳保温筒致密期间耗费的巨大的成本。
2、本发明通过碳纤维复合布、碳纤维丝和碳纤维网胎依次层叠后生产的碳纤维预制体密度均匀，不易氧化，使用寿命长，而且由此生产的保温筒预制体在高温纯化过程中，不会因密度不均导致受热胀冷缩作用力不同，在高温纯化完成后产生变形严重的后果，减少了产品因变形导致报废情况的发生。
附图说明
图1为碳碳保温筒预制体制作示意图。
图2为碳碳保温筒在沉积炉中的装炉方式示意图。
附图标记说明：
100、保温筒预制体，200、固形工装，300、模具，400、缓冲板。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种碳碳保温筒的的生产工艺，结合图1和图2，包括以下步骤：
(1)织碳纤维布：将碳纤维丝通过经纬交错的编织方式织成面密度为360-400g/m2的碳纤维布。
(2)制碳纤维网胎：将长束碳纤维截断成50-70mm的短切碳纤维，用喷壶将由抗静电剂、柔顺剂和纯水按1:1:8质量比混合而成的溶液均匀的喷洒在切好的短切碳纤维上，自然晾干后，经过网胎机进行机械打散后制成面密度为100-130g/m2碳纤维网胎。
(3)制碳纤维复合布：将上述(1)(2)步骤做好的碳纤维布和碳纤维网胎通过平板针刺机压制成碳纤维复合布。
(4)预制体制作：结合图1，将上述(3)步骤制作好的碳纤维复合布平铺在带有缓冲板400的模具300上，再用碳纤维丝进行圆周方向绕丝，将碳纤维复合布固定在模具300上，再将碳纤维网胎平铺在复合布上面，操作异形针刺机对其进行针刺，针刺密度控制在30-45针/10cm2，针刺深度控制在12-18mm，制作好第一层，按上述方式依次叠加针刺至保温筒预制体100设计尺寸，制作得到保温筒预制体100。
通过碳纤维复合布、碳纤维丝和碳纤维网胎依次层叠所生产的碳纤维预制体密度均匀，不易氧化，使用寿命长，而且由此生产的保温筒预制体100在高温纯化过程中，不会产生因密度不均导致受热胀冷缩作用力不同，在高温纯化完成后变形严重的后果，减少了产品因变形导致报废情况的发生。
(5)固化：在上述(4)步骤制作好的保温筒预制体100内壁安装上内层固形工装200，然后将其放置在烘干架上，用喷壶将由树脂、固化剂按4:1质量比配好的混合液均匀喷洒在保温筒预制体100内外表面，自然风干2h后，装入烘箱中升温至200-330℃恒温固化1-5h后，自然降温至室温，得到固化完成的保温筒预制体100。
(6)沉积：结合图2，将上述(5)步骤固化好的保温筒预制体100按图2所示依次堆叠至装满整炉，开始升温至900-1100℃，通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，炉内真空度前150h设置为4000-6000Pa；后150h氮气调整为50-150L/min，天然气300-600L/min，炉内真空度设置为8000-10000Pa，沉积300h结束，开始降温至室温，清理产品表面毛刺、积碳等。
(7)机械加工：将上述(6)步骤中沉积后的保温筒装夹在马鞍车床上，对表面进行处理后，再车削基准面，再将带有基准面的保温筒装夹至数控车床上进行精加工处理至保温筒设计尺寸，得到标准尺寸的保温筒半成品。
(8)沉积：结合图2，将上述(7)步骤机械加工好的保温筒半成品按图2所示依次堆叠至装满整炉，开始升温至900-1100℃，通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，炉内真空度前50h设置为4000-6000Pa；后50h氮气调整为50-150L/min，天然气300-600L/min，炉内真空度设置为8000-10000Pa，沉积100h结束，开始降温至室温，清理产品表面碳黑、积碳等，得到密度为1.35-1.50g/cm3的保温筒成品。
通过两次沉积，沉积致密时间由之前的1000—2000h缩短为400h，致密效率提高了250％-500％，减少了员工的劳动强度，缩短了生产周期，降低了碳碳保温筒致密期间耗费的巨大的成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化均囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，将预先制备的保温筒预制体先后进行两次沉积，制得成品。
2.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，保温桶筒预制体在沉积之前须进行固化，具体固化工艺为：将由树脂、固化剂配制的混合液均匀喷洒在保温筒预制体内外表面，自然风干2h后，装入烘箱中升温至200-330℃恒温固化1-5h后，自然降温至室温，得到固化完成的保温筒预制体。
3.根据权利要求2所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述混合液由树脂、固化剂按照4:1质量比配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述第一次沉积工艺为：将固化好的保温筒预制体置于沉积炉中，沉积炉逐渐升温至900-1100℃后通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，设置炉内真空度前150h为4000-6000Pa；后150h氮气调整为50-150L/min，天然气调整为300-600L/min，炉内真空度调整为8000-10000Pa，300h后沉积结束并降温至室温。
5.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述第二次沉积工艺为：将第一次沉积后的保温筒预制体置于沉积炉中，沉积炉升温至900-1100℃，通入氮气100-300L/min，天然气500-1000L/min，设置炉内真空度前50h为4000-6000Pa；后50h氮气调整为50-150L/min，天然气调整为300-600L/min，炉内真空度调整为8000-10000Pa，100h后沉积结束并降温至室温。
6.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，每次沉积后，对沉积后保温筒预制体进行表面毛刺和积碳清理。
7.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述保温筒预制体由若干碳纤维复合布和碳纤维网胎间隔层叠而成，其中，所述碳纤维复合布由碳纤维布和和碳纤维网胎层叠压制而成。
8.根据权利要求6所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述碳纤维布是由碳纤维丝通过经纬交错的编织方式织成，密度为360-400g/m2，所述碳纤维网胎是在50-70mm的短切碳纤维表面均匀喷洒抗静电剂、柔顺剂和纯水按1:1:8质量比混合而成的溶液，自然晾干后，经过机械打散后制成，密度为100-130g/m2。
9.根据权利要求1所述的一种碳碳保温筒生产工艺，其特征在于，所述保温筒预制体是将碳纤维复合布平铺于模具上，再用碳纤维丝进行圆周方向绕丝，将复合布固定在模具上，再将碳纤维网胎平铺在复合布上面，操作异形针刺机对其进行针刺，针刺密度控制在30-45针/10cm2，针刺深度控制12-18mm，制作好第一层，依次叠加碳纤维复合布和碳纤维网胎，并针刺至保温筒预制体设计尺寸，制作得到保温筒预制体。
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