CN115747680B - 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 - Google Patents
一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115747680B CN115747680B CN202211120420.4A CN202211120420A CN115747680B CN 115747680 B CN115747680 B CN 115747680B CN 202211120420 A CN202211120420 A CN 202211120420A CN 115747680 B CN115747680 B CN 115747680B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum
- melting furnace
- aluminum melting
- winding machine
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 180
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 180
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 97
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 97
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 72
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 20
- 230000006870 function Effects 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005490 dry winding Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000004100 electronic packaging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001540 jet deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000009715 pressure infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004046 wet winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，包括：纱架、熔铝炉和缠绕机，纱架与熔铝炉之间设置有进丝口，熔铝炉与缠绕机之间设置有出丝口；纱架内设置有多个纱锭和多个与纱锭以及进丝口相适配的导向滚动轮，初始纤维材料从纱锭上经导向滚动轮和进丝口进入到熔铝炉内；熔铝炉包括坩埚、熔铝炉加热装置、铝液罐、绕转机构和进料口，熔铝炉加热装置设置在坩埚外周，铝液罐设置在坩埚内，绕转机构设置在铝液罐内，铝液罐内铝液液面等于或者低于进丝口高度，初始纤维材料从进丝口进入到熔铝炉内且绕经绕转机构浸入到铝液内后经出丝口送出所述熔铝炉；缠绕机包括模具，浸润铝液后的纤维材料进入缠绕机内后被绕设在模具上。
Description
技术领域
本发明涉及铝基碳化硅连续纤维材料制备装置技术领域，特别涉及一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置。
背景技术
铝基复合材料因具有密度低、高比强、高比模、高耐磨性和低热膨胀系数等优异特性，已经广泛地应用到航空航天、汽车、电子封装和交通运输等领域。但随着科技的发展，尤其是航空航天领域对材料性能的要求日益提高，迫切需要对铝基复合材料进行性能提升。目前，铝基复合材料主要分为颗粒增强铝基复合材料和纤维增强铝基复合材料。颗粒增强铝基复合材料虽然具有较高的强度，但是其断裂韧性较差，使用可靠性不足；纤维增强铝基复合材料，尤其是连续纤维增强铝基复合材料既能保证复合材料的强度，又能提高材料的断裂韧性和抗冲击性能等。而纤维增强铝基复合材料目前主要使用碳纤维，碳纤维由于会和铝反应，导致纤维强度下降，所以必须对碳纤维进行多次界面处理，使材料的制备工艺更加复杂。
碳化硅纤维作为一种典型的高性能陶瓷纤维，其与铝的界面相容性较好，二者不会发生化学反应，而且碳化硅纤维具有良好的耐高温性能和耐氧化性能，将其用于铝基复合材料可以有效提高材料的强度、耐温性能、耐腐蚀性能和断裂韧性等。纤维增强金属基复合材料能综合金属和SiC各自的优点，可同时具有优异的结构承载功能、卓越的热控功能以及独特的防共振功能。利用SiC良好的承载能力和复合材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损以及高强度、高韧性等优异性能，广泛地应用于航天，化工，机械等领域，它综合了金属塑性、韧性以及陶瓷材料的高温度、硬度，高模量，耐腐蚀的优点，可在高温、腐蚀、磨损等苛刻的工作条件下使用。
缠绕成型工艺，指将以树脂胶液浸泡的连续纤维或布带，依循工艺规范缠绕到芯模上，固化脱模并获得复合材料制品。缠绕工艺有干、湿法缠绕两类，干法工艺成型，含胶量较低、工艺参数控制准确、壳体性能水平较高；湿法工艺则具备周期短、经济、纤维损伤小等优势。缠绕工艺制成的纤维连续性好、强度高、适用于机械化生产且周期短。纤维缠绕复合材料壳体成熟已应用于火箭发动机制造领域。目前，缠绕制品在军、民两方面都有应用。军品制造主要考虑到该型制品的高性能、精确缠绕结构等优点，民用产品涵盖有贮罐、管材等。
目前，铝基碳化硅连续纤维材料的制备装置/设备存在各方面的缺陷和不足，如中国专利CN107513675、一种碳化硅纤维束增强铝基复合材料的制备方法，该发明公开了一种碳化硅纤维束增强铝基合材料的制备方法，采用纤维束编织成纤维布，与石墨粉层状压制构成碳化硅纤维布，将铝或铝合金箔与碳化硅纤维布进行层状交替叠加，得到复合压制烧结前的预制体，将预制体进行压制烧结，冷却，得到长丝碳化硅纤维束网状增强铝基复合材料。该发明制造的复合材料比目前使用的铝碳化硅复合材料的热导率高、增强体碳化硅体积分数大，比铝金刚石复合材料的成本低，但是采用该发明得到的长丝碳化硅纤维束网状增强铝基复合材料，存在产品外围存在纤维断开的问题，不能充分发挥纤维在纵向的性能优势。如中国专利ZL201911186384.X、一种石墨纤维/碳化硅复合材料激光原位成型装置及方法，该发明公开一种石墨纤维/碳化硅复合材料激光原位成型装置及方法，装置包括碳纤维放卷辊、五辊牵伸机、包覆机头、挤出机、半导体阵列激光器、石英玻璃、反应炉、磁流体密封、气体探测器、抽气泵、氩气净化机、氩气瓶、阀门、PC机和纤维缠绕装置。其采用硅胶混合石墨粉和碳化硼粉包覆碳纤维，包覆剂量可控且包覆均匀，激光与碳纤维等材料相互作用可实现瞬间升温，热处理时间大幅缩短，石墨纤维/碳化硅复合材料成型效率高，且直接成型碳化硅基复合材料制品，实现了石墨纤维/碳化硅复合材料的成型及应用的一体化，扩大了制品性能调控空间；在硅胶中混入碳化硼，对碳化硅的生成起到促进作用，而且对碳纤维高温条件下的石墨化进程起到促进作用。在该发明专利方法的中提到：“第六步，经过反应处理的纤维制备成石墨纤维/碳化硅复合材料，进入纤维缠绕装置进行缠绕或者编织成型制品。”但是从反应炉出来的石墨纤维/碳化硅复合材料在常温条件下会很快凝固成固态的金属线，采用常规的纤维缠绕装置也不能得到所需的纤维缠绕产品。如中国专利201910359701.7、纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料的制备方法，该发明涉及纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料的制备方法，步骤包括：采用气象沉积的方法在纤维表面形成界面阻挡层；再在纤维表面沉积形成金属涂层；将先驱丝缠绕在环件上，得到均匀定向无交叉排列的环状纤维带，局部固定纤维段并裁断或截取，后放入包套中，制备出纤维定向无交叉排列的预成型体，再通过电子束、热等静压制备出毛坯件。从而获得体积分数可控、纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料。该发明的实施方案如图2-3所示。该发明采用物理气相沉积的方法在纤维表面形成金属涂层，金属涂层的厚度决定了纤维的体积分数，有效的保证了高体积分数复合材料的制备；工艺简单、可控性好、生产效率高，有助于实现高性能纤维增强金属基复合材料连接件的制备。但是采用该发明得到的纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料，存在产品外围存在纤维断开的问题，不能充分发挥纤维在纵向的性能优势。如中国专利202110044103.8、一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备，该发明涉及一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备；属于高温导电材料的制造及设计制备技术领域。所述连续氧化铝纤维增强铝基导电材料包括基体材料、增强体材料、耐高温涂层、界面层；所述增强体材料为连续氧化铝纤维、所述过渡层附着在增强体材料上，所述基体材料通过过渡层与增强体材料构成一个整体。所述制备方法依次包括：氧化铝预制体的制备、耐高温涂料的制备、界面层的制备、复合材料制备等。在复合材料制备过程中，该发明开发出了适用于机械增压的高效、安全生产设备。该发明材料成分设计合理；制备工艺简单可控，配套设备使用安全、高效，所得产品性能优良；便于大规模工业化应用。但是，该发明的产品只局限于“一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备“，不适合于铝基碳化硅连续纤维产品缠绕成型。
发明内容
本发明目的是结合已有的压力浸渍工艺及纤维缠绕工艺，使碳化硅连续纤维在熔铝炉内，在高纯度氮气的环境中，与性能改良后的铝液进行高压浸渍。浸渍铝液后的碳化硅连续纤维在高温条件下，在高纯度氮气的环境中，按照产品设计要求连续缠绕到模具中，从而制造出设计所需要的产品。由于在产品加工过程中，碳化硅纤维一直是连续不断的，所以生产的产品能分发挥纤维在纵向的性能优势。另外，由于在产品缠绕过程中，线型可以根据产品的需要进行调整，这样，通过设计的优化，可是制造出性价比最优的产品。同时，由于压力浸渍及纤维缠绕都是同步连续化进行的，为工业规模化生产打下了基础。提供了一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其技术方案如下：
本发明的一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，所述装置包括：纱架、熔铝炉和缠绕机，所述纱架与所述熔铝炉之间设置有进丝口，所述熔铝炉与所述缠绕机之间设置有出丝口；所述纱架内设置有多个纱锭和多个与所述纱锭以及所述进丝口相适配的导向滚动轮，初始纤维材料从所述纱锭上经所述导向滚动轮和所述进丝口进入到所述熔铝炉内；所述熔铝炉包括坩埚、熔铝炉加热装置、铝液罐、绕转机构和进料口，所述熔铝炉加热装置设置在所述坩埚外周，所述铝液罐设置在所述坩埚内，所述绕转机构设置在所述铝液罐内，所述铝液罐内铝液液面等于或者低于所述进丝口高度，初始纤维材料从所述进丝口进入到所述熔铝炉内且绕经所述绕转机构浸入到铝液内后经所述出丝口送出所述熔铝炉；所述缠绕机包括模具，浸润铝液后的纤维材料进入所述缠绕机内后被绕设在所述模具上。
进一步地，所述纱架内设置有至少两行和至少两列所述纱锭，每一列的所述纱锭转轴处于同一竖线上，每一列的所述纱锭转轴处于同一水平线上，每一列所述纱锭上方设置有一个所述导向滚动轮，所述导向滚动轮的高度与所述进丝口相适配。
进一步地，所述熔铝炉还包括熔铝炉盖板、超声处理器、熔铝炉测氧仪、熔铝炉电热偶和熔铝炉氮气口，所述熔铝炉盖板与所述坩埚以及所述熔铝炉加热装置密封结合，所述超声处理器设置在所述熔铝炉盖板上并深入到铝液内，所述熔铝炉测氧仪、所述熔铝炉电热偶和所述熔铝炉氮气口均设置在所述熔铝炉盖板上。
进一步地，所述缠绕机还包括缠绕机加热罩、缠绕机加热装置、缠绕机测氧仪和缠绕机氮气口，所述缠绕机加热装置位于所述缠绕机外周，所述缠绕机加热罩位于所述缠绕机上部，所述缠绕机测氧仪和所述缠绕机氮气口设置在所述缠绕机加热罩上。
进一步地，所述缠绕机还包括模具轴、前端水冷装置和后端水冷装置，所述模具轴位于所述模具轴芯且所述模具可绕所述模具轴转动，所述前端水冷装置和所述后端水冷装置分别位于所述缠绕机前后端部，并且所述模具轴贯穿所述前端水冷装置和所述后端水冷装置设置。
进一步地，所述缠绕机还包括主轴箱、尾座和移动导轨，所述主轴箱和所述尾座分别设置在所述移动导轨的两端，所述模具轴的两端分别设置在所述主轴箱与所述尾座上，所述主轴箱驱动所述模具轴转动。
与现有的相关设备和方法相比，连续纤维增强金属基复合材料是利用高强度、高模量、低密度的硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳纤维与石墨纤维等作为增强体，与相应的金属基体复合而成。其中增强纤维绝大多数情况下是作为承载组分，而金属基体主要起黏结纤维、传递载荷、部分承载的作用。由于性能优良的连续纤维加入，使得复合材料具有轻质，比强度、比模量高，耐磨性强，耐高温性能好，导电、导热性好，抗疲劳，抗老化等优良的综合性能，在先进武器、航空航天等领域有着广阔的应用前景。常见的铝基复合材料的制备工艺有：粉末冶金法、压力浸渗工艺，反应自生成法、高能高速固结工艺、半固态搅拌复合制造、喷射沉积法、搅拌摩擦加工法及球磨法制备纳米碳管增强铝基复合材料等。通过国内外科技工作人员的不断努力，在铝基复合材料的应用研究方面已经取得了很大的成就，取得了显著的经济效益。但是以上铝基复合材料的制备工艺中纤维是断开的，不能充分发挥纤维在纵向的性能优势，同时还存在难以实现工业规模化生产的问题。
本专利发明一种铝基碳化硅连续纤维产品缠绕成型方法及设备。结合已有的压力浸渍工艺及纤维缠绕工艺，使碳化硅连续纤维在熔铝炉内，在高纯度氮气的环境中，与性能改良后的铝液进行高压浸渍。浸渍铝液后的碳化硅连续纤维在高温条件下，在高纯度氮气的环境中，按照产品设计要求连续缠绕到模具中，从而制造出设计所需要的产品。由于在产品加工过程中，碳化硅纤维一直是连续不断的，所以生产的产品能分发挥纤维在纵向的性能优势。另外，由于在产品缠绕过程中，线型可以根据产品的需要进行调整，这样，通过设计的优化，可是制造出性价比最优的产品。同时，由于压力浸渍及纤维缠绕都是同步连续化进行的，为工业规模化生产打下了基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的成型装置截面结构示意图；
图2是本发明成型装置中纱架的截面结构示意图；
图3是本发明成型装置中熔铝炉的截面结构示意图；
图4是本发明成型装置中缠绕机的前后截面结构示意图；
图5是本发明铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型后产品示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请结合参考图1至图5，本实施例的一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，该成型装置包括：纱架1、熔铝炉2和缠绕机3，纱架1与熔铝炉2之间设置有进丝口4，熔铝炉2与缠绕机3之间设置有出丝口5；纱架1内设置有多个纱锭11和多个与纱锭11以及进丝口4相适配的导向滚动轮12，初始纤维材料从纱锭11上经导向滚动轮12和进丝口4进入到熔铝炉2内；熔铝炉2包括坩埚21、熔铝炉加热装置22、铝液罐23、绕转机构24和进料口25，熔铝炉加热装置22设置在坩埚21外周，铝液罐23设置在坩埚21内，绕转机构24设置在铝液罐23内，铝液罐23内铝液液面等于或者低于进丝口4高度，初始纤维材料从进丝口4进入到熔铝炉2内且绕经绕转机构24浸入到铝液内后经出丝口5送出熔铝炉2；缠绕机3包括模具31，浸润铝液后的纤维材料进入缠绕机3内后被绕设在模具31上。
优选地，纱架1内设置有至少两行和至少两列纱锭11，每一列的纱锭11转轴处于同一竖线上，每一列的纱锭11转轴处于同一水平线上，每一列纱锭11上方设置有一个导向滚动轮12，导向滚动轮12的高度与进丝口4相适配。
优选地，熔铝炉2还包括熔铝炉盖板26、超声处理器27、熔铝炉测氧仪28、熔铝炉电热偶29和熔铝炉氮气口210，熔铝炉盖板26与坩埚21以及熔铝炉加热装置22密封结合，超声处理器27设置在熔铝炉盖板26上并深入到铝液内，熔铝炉测氧仪28、熔铝炉电热偶29和熔铝炉氮气口210均设置在熔铝炉盖板26上。
优选地，缠绕机3还包括缠绕机加热罩32、缠绕机加热装置33、缠绕机测氧仪34和缠绕机氮气口35，缠绕机加热装置33位于缠绕机3外周，缠绕机加热罩32位于缠绕机3上部，缠绕机测氧仪34和缠绕机氮气口35设置在缠绕机加热罩32上。
优选地，缠绕机3还包括模具轴36、前端水冷装置37和后端水冷装置38，模具轴36位于模具31轴芯且模具31可绕模具轴36转动，前端水冷装置37和后端水冷装置38分别位于缠绕机3前后端部，并且模具轴36贯穿前端水冷装置37和后端水冷装置38设置。
优选地，缠绕机3还包括主轴箱39、尾座310和移动导轨311，主轴箱39和尾座310分别设置在移动导轨311的两端，模具轴36的两端分别设置在主轴箱39与尾座310上，主轴箱39驱动模具轴36转动。
本实施例的铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置的工作原理是：
第一，将纱架1中的纤维沿着导向滚动轮12，通过进丝口4穿过熔铝炉2，从出丝口5出来后，再经过导向滚动轮12，固定到缠绕机3的模具31上。
第二，通过熔铝炉氮气口210和缠绕机氮气口35，分别向熔铝炉2和缠绕机3内灌注高纯度氮气；通过进料口25将铝料投入熔铝炉2的铝液罐23内。
第三，启动熔铝炉测氧仪28和缠绕机测氧仪34，实时连续监测熔铝炉2和缠绕机3内部含氧量；当熔铝炉2和缠绕机3的含氧量都达到要求时，启动熔铝炉2的熔铝炉加热装置22和缠绕机3的缠绕机加热装置33。当熔铝炉2和缠绕机3的温度达到要求，且熔铝炉2内部的铝料完全熔化后，通过熔铝炉氮气口210继续向熔铝炉2注入高纯度氮气。
第四，启动超声处理器27，对铝液的性能进行改善；当熔铝炉2氮气压力达到要求时，停止熔铝炉氮气口210的氮气输入。
第五，启动纱架1和缠绕机3，纤维经过导向滚动轮12的导向，通过进丝口4进入熔铝炉2内部，纤维与高温高压的铝液充分浸润后，通过出丝口5出来后，再经过导向滚动轮12进入缠绕机3；缠绕机3在高温环境下，将浸润后的纤维束按照产品要求缠绕到模具31上。
第六，当缠绕纤维达到设计要求后，停机；当缠绕机3温度降至常温后，取出产品。
其中，熔铝炉2的熔铝炉加热装置22的工作原理是：
熔铝炉电热偶29以线性信号通过专用补偿导线传送给智能温控仪，智能温控仪根据设置的温度曲线根据熔铝炉电热偶29传送的温度进行比较，以4-20mA的方式传送给调压模块，调压模块根据智能温控仪传送的4-20mA来调节电压的输出值，连接变压器或加热负载，达到设定温度的目的。通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时或低于控制设定时，温控仪自身调节输出量的大小控制调压模块，从而达到温度根据设定值保持一个稳定的状态。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。当被控制的温度不能得到有效的控制时，为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行，温控仪是双行LED显示表盘，分段编程，主要用于控温，控温精度高，反应灵敏，可编程PID控制，操作安全可靠。PID自整定、自动升温、自动保温、自动降温，无需值守，可显示温度、温度段号、段时间、剩余时间、输出功率百分比等。设有故障自诊断功能，能及时显示故障源并且有声光报警和自保护功能。控制系统形成以热电偶、智能化该系统由可控硅调压器和温度可编程序控制器组成的温度可编程序控制。
工艺过程可编程序控制。
模拟板清晰显示设备的运行状态。
温度能通过记录仪打印出全面工艺曲线或报告。
超温、过流、超压等故障预先报警和联锁保护功能，实现故障自诊断及监控功能。
采用智能化温度控制仪，控制精度高，可储存多条工艺曲线，每条曲线分为多段，多组PID参数，并具有PID参数自稳定功能。
记录仪采用无纸记录仪，可连续记录温度曲线和真空度曲线。曲线可储存和打印。测量周期内能完成全部通道的测量和监视工作。
采用单色液晶显示器，具有曲线、棒图、数字、历史曲线等多种方式。
通过外部存储卡使数据得到双重保护，通过PC软件，对保存在存储卡的数据进行处理、打印和转换成用户所需的格式。
温控仪、可编程序控制器(PLC)、功率调功器、加热变压器、真空计及记录仪为核心构成包括供电、控制、记录、监视、报警保护功能在内。
超声处理器27所产生的超声波是一种压缩纵波，可在铝液中有效传播，具有很强的穿透性。超声波在铝液中传播时可传递很强的能量，能够在界面上产生强烈的冲击和空化作用，且与声波一样会产生反射、干涉、叠加和共振现象。超声处理器27可以达到去除铝液杂质、细化铝液晶粒、提升铝液质量的效果。
其中，缠绕机3的缠绕机加热装置33的工作原理是：
热电偶以线性信号通过专用补偿导线传送给智能温控仪，智能温控仪根据设置的温度曲线根据热电偶传送的温度进行比较，以4-20mA的方式传送给调压模块，调压模块根据智能温控仪传送的4-20mA来调节电压的输出值，连接变压器或加热负载，达到设定温度的目的。通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时或低于控制设定时，温控仪自身调节输出量的大小控制调压模块，从而达到温度根据设定值保持一个稳定的状态。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。当被控制的温度不能得到有效的控制时，为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行，温控仪是双行LED显示表盘，分段编程，主要用于控温，控温精度高，反应灵敏，可编程PID控制，操作安全可靠。PID自整定、自动升温、自动保温、自动降温，无需值守，可显示温度、温度段号、段时间、剩余时间、输出功率百分比等。
设有故障自诊断功能，能及时显示故障源并且有声光报警和自保护功能。控制系统形成以热电偶、智能化该系统由可控硅调压器和温度可编程序控制器组成的温度可编程序控制。
工艺过程可编程序控制。
模拟板清晰显示设备的运行状态。
温度能通过记录仪打印出全面工艺曲线或报告。
超温、过流、超压等故障预先报警和联锁保护功能，实现故障自诊断及监控功能。
采用智能化温度控制仪，控制精度高，可储存多条工艺曲线，每条曲线分为多段，多组PID参数，并具有PID参数自稳定功能。
记录仪采用无纸记录仪，可连续记录温度曲线和真空度曲线。曲线可储存和打印。测量周期内能完成全部通道的测量和监视工作。
采用单色液晶显示器，具有曲线、棒图、数字、历史曲线等多种方式。
通过外部存储卡使数据得到双重保护，通过PC软件，对保存在存储卡的数据进行处理、打印和转换成用户所需的格式。
温控仪、可编程序控制器(PLC)、功率调功器、加热变压器、真空计及记录仪为核心构成包括供电、控制、记录、监视、报警保护功能在内。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其特征在于，所述装置包括：纱架（1）、熔铝炉（2）和缠绕机（3），所述纱架（1）与所述熔铝炉（2）之间设置有进丝口（4），所述熔铝炉（2）与所述缠绕机（3）之间设置有出丝口（5）；
所述纱架（1）内设置有至少两行和至少两列纱锭（11），每一列的所述纱锭（11）转轴处于同一竖线上，每一行的所述纱锭（11）转轴处于同一水平线上，每一列所述纱锭（11）上方设置有一个导向滚动轮（12），所述导向滚动轮（12）的高度与所述进丝口（4）相适配，初始纤维材料从所述纱锭（11）上经所述导向滚动轮（12）和所述进丝口（4）进入到所述熔铝炉（2）内；
所述熔铝炉（2）包括坩埚（21）、熔铝炉加热装置（22）、铝液罐（23）、绕转机构（24）、进料口（25）、熔铝炉盖板（26）、超声处理器（27）、熔铝炉测氧仪（28）、熔铝炉电热偶（29）和熔铝炉氮气口（210），所述熔铝炉加热装置（22）设置在所述坩埚（21）外周，所述铝液罐（23）设置在所述坩埚（21）内，所述绕转机构（24）设置在所述铝液罐（23）内，所述铝液罐（23）内铝液液面等于或者低于所述进丝口（4）高度，初始纤维材料从所述进丝口（4）进入到所述熔铝炉（2）内且绕经所述绕转机构（24）浸入到铝液内，与高温高压的铝液充分浸润后，经所述出丝口（5）送出所述熔铝炉（2），进入所述缠绕机（3）；所述熔铝炉盖板（26）与所述坩埚（21）以及所述熔铝炉加热装置（22）密封结合，所述超声处理器（27）设置在所述熔铝炉盖板（26）上并深入到铝液内，所述熔铝炉测氧仪（28）、所述熔铝炉电热偶（29）和所述熔铝炉氮气口（210）均设置在所述熔铝炉盖板（26）上，其中，所述熔铝炉电热偶（29）以线性信号通过专用补偿导线传送给智能温控仪，智能温控仪根据设置的温度曲线以及所述熔铝炉电热偶（29）传送的温度进行比较，以4-20mA的方式传送给调压模块，调压模块根据智能温控仪传送的4-20mA来调节电压的输出值，连接变压器或加热负载，达到设定温度；
所述缠绕机（3）包括模具（31）、缠绕机加热罩（32）、缠绕机加热装置（33）、缠绕机测氧仪（34）、缠绕机氮气口（35）、模具轴（36）、前端水冷装置（37）和后端水冷装置（38），浸润铝液后的纤维材料进入所述缠绕机（3）内后被绕设在所述模具（31）上，所述缠绕机加热装置（33）位于所述缠绕机（3）外周，所述缠绕机加热罩（32）位于所述缠绕机（3）上部，所述缠绕机测氧仪（34）和所述缠绕机氮气口（35）设置在所述缠绕机加热罩（32）上，所述模具轴（36）位于所述模具（31）轴芯且所述模具（31）可绕所述模具轴（36）转动，所述前端水冷装置（37）和所述后端水冷装置（38）分别位于所述缠绕机（3）前后端部，并且所述模具轴（36）贯穿所述前端水冷装置（37）和所述后端水冷装置（38）设置。
2.根据权利要求1所述的铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其特征在于，所述缠绕机（3）还包括主轴箱（39）、尾座（310）和移动导轨（311），所述主轴箱（39）和所述尾座（310）分别设置在所述移动导轨（311）的两端，所述模具轴（36）的两端分别设置在所述主轴箱（39）与所述尾座（310）上，所述主轴箱（39）驱动所述模具轴（36）转动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211120420.4A CN115747680B (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211120420.4A CN115747680B (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115747680A CN115747680A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115747680B true CN115747680B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=85349870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211120420.4A Active CN115747680B (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115747680B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118207487A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-06-18 | 河北量子智能科技有限公司 | 铝合金材料的制备装置和方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06246396A (ja) * | 1993-02-25 | 1994-09-06 | Mitsubishi Materials Corp | 線材連続鋳造設備における線材巻取り装置 |
| JPH06256869A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-13 | Fuji Heavy Ind Ltd | 繊維強化金属製円筒製品 |
| JPH07206535A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-08 | Osaka Gas Co Ltd | 繊維補強耐火構造物およびその製造方法 |
| JPH0881276A (ja) * | 1994-09-13 | 1996-03-26 | Nippon Cement Co Ltd | 長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 |
| JPH08176701A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 繊維強化複合線の製造方法 |
| JPH09143593A (ja) * | 1995-11-15 | 1997-06-03 | Nippon Carbon Co Ltd | Ｆｒｍプリフォ−ムワイヤ−の製造方法と装置 |
| JPH11314280A (ja) * | 1999-03-05 | 1999-11-16 | Senshin Zairyo Riyo Gas Generator Kenkyusho:Kk | 繊維プリフォ―ム成形法およびその装置 |
| US7591299B1 (en) * | 2003-12-01 | 2009-09-22 | Touchstone Research Laboratory, Ltd. | Continuous metal matrix composite manufacture |
| JP2016052974A (ja) * | 2014-09-04 | 2016-04-14 | グンゼ株式会社 | ＳｉＣモノリシック層を最外層に備えたＳｉＣ複合材及びその製造方法 |
| CN111058187A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中南大学 | 一种附着界面层的SiC纤维预浸带的制备方法及设备 |
| CN112885518A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 上海榕融新材料科技有限公司 | 一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备 |
| WO2022065620A1 (ko) * | 2020-09-23 | 2022-03-31 | (주)나우이엔에스 | 콘크리트용 섬유강화 복합체 보강근 제조장치 및 이를 통해 제조된 섬유강화 복합체 보강근 |
-
2022
- 2022-09-15 CN CN202211120420.4A patent/CN115747680B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06246396A (ja) * | 1993-02-25 | 1994-09-06 | Mitsubishi Materials Corp | 線材連続鋳造設備における線材巻取り装置 |
| JPH06256869A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-13 | Fuji Heavy Ind Ltd | 繊維強化金属製円筒製品 |
| JPH07206535A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-08 | Osaka Gas Co Ltd | 繊維補強耐火構造物およびその製造方法 |
| JPH0881276A (ja) * | 1994-09-13 | 1996-03-26 | Nippon Cement Co Ltd | 長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 |
| JPH08176701A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 繊維強化複合線の製造方法 |
| JPH09143593A (ja) * | 1995-11-15 | 1997-06-03 | Nippon Carbon Co Ltd | Ｆｒｍプリフォ−ムワイヤ−の製造方法と装置 |
| JPH11314280A (ja) * | 1999-03-05 | 1999-11-16 | Senshin Zairyo Riyo Gas Generator Kenkyusho:Kk | 繊維プリフォ―ム成形法およびその装置 |
| US7591299B1 (en) * | 2003-12-01 | 2009-09-22 | Touchstone Research Laboratory, Ltd. | Continuous metal matrix composite manufacture |
| JP2016052974A (ja) * | 2014-09-04 | 2016-04-14 | グンゼ株式会社 | ＳｉＣモノリシック層を最外層に備えたＳｉＣ複合材及びその製造方法 |
| CN111058187A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中南大学 | 一种附着界面层的SiC纤维预浸带的制备方法及设备 |
| WO2022065620A1 (ko) * | 2020-09-23 | 2022-03-31 | (주)나우이엔에스 | 콘크리트용 섬유강화 복합체 보강근 제조장치 및 이를 통해 제조된 섬유강화 복합체 보강근 |
| CN112885518A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 上海榕融新材料科技有限公司 | 一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 磁性涂层碳化硅纤维的电磁特性研究;黄小忠等;磁性材料及器件;第38卷(第04期);44-47 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115747680A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115747680B (zh) | 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置 | |
| CN100400471C (zh) | 单晶硅拉制炉用热场炭/炭导流筒的制备方法 | |
| CN109551762B (zh) | 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头 | |
| CN106313496A (zh) | 连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3d打印方法及打印头 | |
| US7681625B2 (en) | Filament winding for metal matrix composites | |
| JP2013512348A (ja) | カーボンナノチューブ浸出繊維材料を含有する金属マトリックス複合材料及びその製造方法 | |
| EP2373474A1 (en) | Mandrel with integral heat pipe | |
| CN101003885A (zh) | 一种纤维增强金属间化合物复合构件及其制备方法 | |
| CN101905802A (zh) | 一种平行双螺杆挤出机用熔复型螺纹元件及其制造方法 | |
| CN111960841A (zh) | 一种单晶炉坩埚托盘的制备方法 | |
| CN112063167A (zh) | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 | |
| CN104339664A (zh) | 一种汽车吊车用碳纤维复合材料吊臂的制备方法 | |
| CN100572024C (zh) | 悬臂水平固定工装及使用该工装的连续固化装置 | |
| CN100513057C (zh) | 玻璃纤维复合管加工设备 | |
| US11679439B2 (en) | Systems and methods for direct deposition of thixotropic alloys | |
| CN102504523A (zh) | 一种高韧性聚氨酯复合绝缘子芯棒及其制备方法 | |
| CN1778490A (zh) | 大型热压模具阴模及其制造方法 | |
| CN111285703B (zh) | 一种低成本双元炭基体飞机炭刹车盘的制造方法 | |
| CN206572205U (zh) | 智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶 | |
| CN100565714C (zh) | 石油测井仪器专用高温承压复合材料绝缘体的制备方法 | |
| RU2762000C1 (ru) | Способ изготовления керамической многослойной трубки для оболочки тепловыделяющего элемента ядерной энергетической установки | |
| CN101814338A (zh) | 复合材料加强导线及其制造方法 | |
| JP2004306531A (ja) | 炭素繊維を用いた複合材の製造方法 | |
| CN217617718U (zh) | 一种炼钢用连铸中间包塞棒 | |
| CN110819916A (zh) | 一种纳米线增强铝基复合材料的原位制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |