CN116535226A - 一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 - Google Patents
一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116535226A CN116535226A CN202310373107.XA CN202310373107A CN116535226A CN 116535226 A CN116535226 A CN 116535226A CN 202310373107 A CN202310373107 A CN 202310373107A CN 116535226 A CN116535226 A CN 116535226A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- carbon fiber
- hard felt
- fiber hard
- blocks
- 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.)
- Granted
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004321 preservation Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 185
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 185
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 178
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 131
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 130
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 30
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 12
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims description 11
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 6
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 claims description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 6
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 6
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 9
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法，包括内层框架体（1）、中间体（2）和外层保温体（3）；所述内层框架体为由三维针刺碳纤维坯体，经定型，通过化学气相沉积增密后制备碳/碳复合材料，所述碳/碳复合材料经石墨化处理后制得；所述中间体（2）包括至少一层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷或喷涂树脂经固化定型，碳化、纯化处理后，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位；所述外层保温体（3）包括缠绕在所述中间体外面的若干层碳毡，和用于捆绑固定所述碳毡的碳绳。
Description
技术领域
本发明涉及高温感应炉技术领域，尤其是涉及一种用于高温感应炉的保温层；本发明还涉及一种用于高温感应炉保温层的制备方法。
背景技术
随着市场对金属材料的纯度要求越来越高，用于对难熔金属材料融化的热处理设备的加热温度也越来越高，电阻加热炉难以达到2500℃以上温度，高温感应炉是一种炉体内设置有炉膛，炉膛外设置有保温层，保温层外设置有电加热感应线圈，利用电磁加热的设备，其具加热温度高，升温速度快，优势凸显的特点，然而高温感应炉的保温问题比较棘手，因难以解决热场保温的问题，限制了其进一步的推广普及。
目前高温下的保温材料一般采用碳纤维硬毡和碳毡，例如CN205821523U公开了一种氮化铝单晶生长的提拉装置，该提拉装置包括拉提组件、碳化钽坩埚、发热筒和保温层，其中保温层为碳毡、石墨毡或碳纤维毡。硬毡有一定的强度和刚性；而碳毡可以弯曲成任意形状，保温性能也优于硬毡，且价格低于硬毡。然而不管是碳纤维硬毡还是碳毡都具有导电性，在感应炉内会感应自发热，这样保温材料又成了发热材料，大大削弱了保温性能，导致感应炉壁和感应线圈温度高，使得感应炉在高温下危险性极高甚至无法达到工艺温度要求，生产过程中的能耗也会增加。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的至少一个缺陷。为此，本发明解决的技术问题在于提出一种用于高温感应炉的保温层和高温感应炉保温层的制备方法，并能大大削弱保温层的电磁感应自发热，而且保温性能好，抗烧蚀，使用寿命长，并能使高温感应炉热场温度更加均匀。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体、中间体和外层保温体；所述内层框架体由三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3~1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所述碳/碳复合材料在温度为1800~2500℃、惰性气体或氮气保护下进行石墨化处理后制得；所述中间体（2）包括至少一层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷或喷涂树脂经固化定型，碳化、纯化处理后，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、乙烯基树脂；所述外层保温体（3）包括缠绕在所述中间体外面的若干层碳毡，和用于捆绑固定所述碳毡的碳绳。
作为进一步的改进技术方案，本发明提供的用于高温感应炉的保温层，所述中间体的密度为0.12g/cm3~0.25g/cm3；所述碳纤维硬毡块相邻连接处带有相互配合的止口或坡口。
作为进一步的改进技术方案，本发明提供的用于高温感应炉的保温层，所述外层保温体为聚丙烯晴基高温碳毡或黏胶基高温碳毡。
作为进一步的改进技术方案，本发明提供的用于高温感应炉的保温层，制备碳纤维硬毡块过程中碳化温度为600~1200℃，纯化处理温度为1600~2400℃，碳化和纯化处理过程均在氩气或者氮气气氛中进行。
为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供一种用于高温感应炉保温层的制备方法，包括以下步骤：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型、通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3~1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，所得碳/碳复合材料在温度为1800~2500℃、惰性气体或氮气保护下进行石墨化处理后，机加工成与高温感应炉的发热体外表面相配合的内层框架体；将内层框架体套在高温感应炉的发热体的外面；完成内层框架体的制备；
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷或者喷涂酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂或乙烯基树脂，然后经固化定型，碳化、纯化处理，制备内径和高度与所述内层框架体的外表面相适应的第一碳纤维硬毡筒；碳化温度为600~1200℃，纯化处理温度为1600~2400℃，碳化和纯化处理均在惰性气体或者氮气气氛中进行；
3）将步骤2）制备的第一碳纤维硬毡筒切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块；
4）将由第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；拼接完成后，完成中间体制备；
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体的外面缠绕若干层碳毡，在最外层碳毡外面采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
作为进一步的改进技术方案，本发明提供的用于高温感应炉保温层的制备方法，还包括以下步骤：采用与步骤2）相同的方法制备内径和高度与第一碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第二碳纤维硬毡筒；将第二碳纤维硬毡筒切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块；在第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接完成后，再将由第二碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第一碳纤维硬毡层拼接，并使第一层碳纤维硬毡块之间的连接处与第二层碳纤维硬毡块之间的连接处错位排列，完成中间体制备。
本发明提供的技术方案，保温层具有结构强度高、抗腐蚀、保温效果好的特点；复合材料在高温感应炉内的电磁感应自发热得到大幅度降低，降低了高温感应炉作业时的能耗，同时有利于热场达到均温。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例用于高温感应炉的保温层的剖视结构示意图；
图2为实施例用于高温感应炉的保温层的俯视结构示意图；
图3为图2中的A部放大图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1至图3所示的用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体1、中间体2和外层保温体3。内层框架体为由初始密度0.5g/cm3的三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所制备的碳/碳复合材料在温度为1800℃、氩气保护下进行石墨化处理后制得。化学气相沉积在温度为1000℃左右下进行，使用天然气为碳源。所述中间体2包括二层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷酚醛树脂经固化定型，在氩气气氛中经600℃温度碳化、在氩气或者氮气气氛中经1600℃温度纯化处理后，制得密度为0.12g/cm3碳纤维硬毡，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位；所述外层保温体3包括缠绕在所述中间体外面的若干层聚丙烯晴基高温碳毡，和用于捆绑固定所述聚丙烯晴基高温碳毡的碳绳。
本实施例用于高温感应炉保温层的制备过程如下：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3后制备碳/碳复合材料，再将制得的碳/碳复合材料在温度为1800℃、氩气保护下进行石墨化处理，机加工成与高温感应炉的发热体4外表面相配合的内层框架体1；将内层框架体1套在高温感应炉的发热体4的外面；完成内层框架体1的制备。
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷酚醛树脂，然后经固化定型，在温度为600℃、氮气气氛中碳化，在温度为1600℃、氩气气氛中纯化处理后，制备内径和高度与所述内层框架体1的外表面相适应的第一碳纤维硬毡筒；采用相同的方法制备内径和高度与第一碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第二碳纤维硬毡筒。
3）将步骤2）制备的第一碳纤维硬毡筒和第二碳纤维硬毡筒分别切开成若干块，制成若干带坡口的碳纤维硬毡块。
4）将由第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；拼接完成后，再将由第二碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第一碳纤维硬毡层拼接，第一层碳纤维硬毡块之间的连接处与第二层碳纤维硬毡块之间的连接处错位排列；完成中间体2制备。
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体2的外面缠绕若干层聚丙烯晴基高温碳毡，在最外层聚丙烯晴基高温碳毡采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
实施例2：如图1至图3所示的用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体1、中间体2和外层保温体3。内层框架体为由初始密度0.5g/cm3的三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所制备的碳/碳复合材料在温度为2500℃、氮气保护下进行石墨化处理后制得。化学气相沉积在温度为1000℃左右下进行，使用丙烷为碳源。所述中间体2包括三层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷环氧树脂经固化定型，在氮气气氛中经1200℃温度碳化、在氩气气氛中经2400℃温度纯化处理后，制得密度为0.25g/cm3碳纤维硬毡，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位；所述外层保温体3包括缠绕在所述中间体外面的若干层黏胶基高温碳毡，和用于捆绑固定所述黏胶基高温碳毡的碳绳。
本实施例用于高温感应炉保温层的制备过程如下：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，再将制得的碳/碳复合材料在温度为2500℃、氩气保护下进行石墨化处理，机加工成与高温感应炉的发热体4外表面相配合的内层框架体1；将内层框架体1套在高温感应炉的发热体4的外面；完成内层框架体1的制备。
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷环氧树脂，然后经固化定型，在温度为1200℃、氮气气氛中碳化，在温度为2400℃、氩气气氛中纯化处理后，制备内径和高度与所述内层框架体1的外表面相适应的第一碳纤维硬毡筒；采用相同的方法制备内径和高度与第一碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第二碳纤维硬毡筒，制备内径和高度与第二碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第三碳纤维硬毡筒。
3）将步骤2）制备的第一碳纤维硬毡筒、第二碳纤维硬毡筒、第三碳纤维硬毡筒分别切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块。
4）将由第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；拼接完成后，再将由第二碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第一碳纤维硬毡层拼接，拼接完成后，再将由第三碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第二碳纤维硬毡层拼接，第一层碳纤维硬毡块之间的连接处与第二层碳纤维硬毡块之间的连接处错位排列；第二层碳纤维硬毡块之间的连接处与第三层碳纤维硬毡块之间的连接处也错开排列；完成中间体2制备。
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体2的外面缠绕若干层黏胶基高温碳毡，在最外层黏胶基高温碳毡外面采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
实施例3：如图1所示的用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体1、中间体2和外层保温体3。内层框架体为由初始密度0.5g/cm3的三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.5g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所制备的碳/碳复合材料在温度为2150℃、氩气保护下进行石墨化处理后制得。化学气相沉积在温度为1000℃左右，使用天然气为碳源气体。如2和图3所示，所述中间体2包括由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷或喷涂呋喃树脂经固化定型，在氮气气氛中经900℃温度碳化、在氩气气氛中经2000℃温度纯化处理后，制得密度为0.18g/cm3碳纤维硬毡，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位；所述外层保温体3包括缠绕在所述中间体外面的若干层聚丙烯晴基高温碳毡，和用于捆绑固定所述碳毡的碳绳。
本实施例用于高温感应炉保温层的制备过程如下：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.5g/cm3后制备碳/碳复合材料，再将制得的碳/碳复合材料在温度为2150℃、氩气保护下进行石墨化处理，机加工成与高温感应炉的发热体4外表面相配合的内层框架体1；将内层框架体1套在高温感应炉的发热体4的外面；完成内层框架体1的制备。
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷或者喷涂呋喃树脂，然后经固化定型，在温度为900℃、氮气气氛中碳化，在温度为2000℃、氩气气氛中纯化处理后，制备内径和高度与所述内层框架体1的外表面相适应的碳纤维硬毡筒。
3）将步骤2）制备的碳纤维硬毡筒切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块。
4）将由碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；完成中间体2制备。
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体2的外面缠绕若干层聚丙烯晴基高温碳毡，在最外层聚丙烯晴基高温碳毡采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
实施例4：如图1至图3所示的用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体1、中间体2和外层保温体3。内层框架体为由初始密度0.5g/cm3的三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.45g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所制备的碳/碳复合材料在温度为2200℃、氦气保护下进行石墨化处理后制得。化学气相沉积在温度为1000℃左右，使用丙烷为碳源气体。所述中间体2包括二层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷或喷涂乙烯基树脂经固化定型，在氮气气氛中经800℃温度碳化、在氩气气氛中经2200℃温度纯化处理后，制得密度为0.20g/cm3碳纤维硬毡，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位；所述外层保温体3包括缠绕在所述中间体外面的若干层黏胶基高温碳毡，和用于捆绑固定所述黏胶基高温碳毡的碳绳。
本实施例用于高温感应炉保温层的制备过程如下：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.45g/cm3后制备碳/碳复合材料，再将制得的碳/碳复合材料在温度为2200℃、氦气保护下进行石墨化处理，机加工成与高温感应炉的发热体4外表面相配合的内层框架体1；将内层框架体1套在高温感应炉的发热体4的外面；完成内层框架体1的制备。
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷或者喷涂乙烯基树脂，然后经固化定型，在温度为800℃、氮气气氛中碳化，在温度为2200℃、氩气气氛中纯化处理后，制备内径和高度与所述内层框架体1的外表面相适应的第一碳纤维硬毡筒；采用相同的方法制备内径和高度与第一碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第二碳纤维硬毡筒。
3）将步骤2）制备的第一碳纤维硬毡筒和第二碳纤维硬毡筒分别切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块。
4）将由第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；拼接完成后，再将由第二碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第一碳纤维硬毡层拼接，第一层碳纤维硬毡块之间的连接处与第二层碳纤维硬毡块之间的连接处错位排列；完成中间体2制备。
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体2的外面缠绕若干层黏胶基高温碳毡，在最外层黏胶基高温碳毡外面采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
本发明提供的技术方案，靠近发热体4的保温材料采用三维针刺碳纤维复合材料，三维针刺碳纤维经化学气相沉积后，密度由0.5g/cm3增密至1.4g/cm3~1.6g/cm3，再在温度为1800~2500℃、惰性气体或氮气保护下进行石墨化处理后，使其具有抗氧化，抗腐蚀、隔热功能。因内层框架是一个整体结构，导热均匀，因此有利于热场达到均温。
中间体2使用由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡，相邻碳纤维硬毡块拼接，因对碳纤维进行了切断，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维存在相互错位，多块组合时，大幅度降低了碳纤维能相互连接成环的概率，作为导体的碳纤维没有连接成环，则在电磁环境下不会感应发热，从而大幅度降低了在电磁环境下的感应自发热。使用碳纤维硬毡能提高保温层的刚度。碳纤维硬毡密度低，起到良好的保温作用。碳纤维硬毡经纯化处理后，降低了杂质含量，从而降低导电率，降低在电磁环境下的感应自发热。
外层保温体3由多层碳毡缠绕形成，位于最外层，电磁感应自发热强度已大幅度降低，但能提供很好的保温效果。
内层框架体1、中间体2和外层保温体3相互结合，功能互补且产生协同作用，使得高温感应炉的保温层具有优异的性能。本发明提供的技术方案在实际应用过程中，完成保温层施工的高温感应炉，升温至3000℃，保温3h后，高温感应炉的感应线圈内壁温度不超过360℃，高温感应炉高温区的温差能达到±6℃之内，高温感应炉连续开炉10次后，保温层仍无任何损伤以及明显的变形。
本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于高温感应炉的保温层，包括内层框架体（1）、中间体（2）和外层保温体（3）；其特征在于，所述内层框架体由三维针刺碳纤维坯体，经定型，通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3~1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，再由所述碳/碳复合材料在温度为1800~2500℃、惰性气体或氮气保护下进行石墨化处理后制得；所述中间体（2）包括至少一层由若干块碳纤维硬毡块拼接而成的碳纤维硬毡层，所述碳纤维硬毡块由若干层碳纤维碳毡且在碳纤维碳毡层间刷或喷涂树脂经固化定型，碳化、纯化处理后，将成型后的碳纤维硬毡切割成若干块制得，相邻碳纤维硬毡块之间的碳纤维被切断存在相互错位，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、乙烯基树脂；所述外层保温体（3）包括缠绕在所述中间体外面的若干层碳毡，和用于捆绑固定所述碳毡的碳绳。
2.根据权利要求1所述的用于高温感应炉的保温层，其特征在于，所述中间体（2）的密度为0.12g/cm3~0.25g/cm3；所述碳纤维硬毡块相邻连接处带有相互配合的止口或坡口。
3.根据权利要求1所述的用于高温感应炉的保温层，其特征在于，所述外层保温体（3）为聚丙烯晴基高温碳毡或黏胶基高温碳毡。
4.根据权利要求1所述的用于高温感应炉的保温层，其特征在于，制备碳纤维硬毡块过程中碳化温度为600~1200℃，纯化处理温度为1600~2400℃，碳化和纯化处理过程均在氩气或者氮气气氛中进行。
5.一种用于高温感应炉保温层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将三维针刺碳纤维坯体，经定型、通入碳源气体进行化学气相沉积增密至1.4g/cm3~1.6g/cm3后制备碳/碳复合材料，所得碳/碳复合材料在温度为1800~2500℃、惰性气体或氮气保护下进行石墨化处理后，机加工成与高温感应炉的发热体（4）外表面相配合的内层框架体（1）；将内层框架体（1）套在高温感应炉的发热体（4）的外面；完成内层框架体（1）的制备；
2）将碳纤维硬毡逐层缠绕至模具上，层间刷或者喷涂酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂或乙烯基树脂，然后经固化定型，碳化、纯化处理，制备内径和高度与所述内层框架体（1）的外表面相适应的第一碳纤维硬毡筒；碳化温度为600~1200℃，纯化处理温度为1600~2400℃，碳化和纯化处理均在惰性气体或者氮气气氛中进行；
3）将步骤2）制备的第一碳纤维硬毡筒切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块；
4）将由第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接；拼接完成后，完成中间体（2）制备；
5）完成碳纤维硬毡块拼接后，在中间体（2）的外面缠绕若干层碳毡，在最外层碳毡外面采用碳绳捆绑固定；制备成用于高温感应炉的保温层。
6.根据权利要求5所述的用于高温感应炉保温层的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：采用与步骤2）相同的方法制备内径和高度与第一碳纤维硬毡筒的外表面相适应的第二碳纤维硬毡筒；将第二碳纤维硬毡筒切开成若干块，制成若干带止口或坡口的碳纤维硬毡块；在第一碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠内层框架体拼接完成后，再将由第二碳纤维硬毡筒切开的碳纤维硬毡块紧靠第一碳纤维硬毡层拼接，并使第一层碳纤维硬毡块之间的连接处与第二层碳纤维硬毡块之间的连接处错位排列，完成中间体（2）制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310373107.XA CN116535226B (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310373107.XA CN116535226B (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116535226A true CN116535226A (zh) | 2023-08-04 |
| CN116535226B CN116535226B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=87449688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310373107.XA Active CN116535226B (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116535226B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009048422A1 (de) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Sgl Carbon Se | Verbundwerkstoff aus Carbonfaser-Weichfilz und Carbonfaser-Hartfilz |
| CN102206852A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-10-05 | 湖南金博复合材料科技有限公司 | 碳/碳复合材料保温筒及制备方法 |
| CN103882511A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-06-25 | 无锡宝优科技有限公司 | 一种拼接型直拉单晶炉固化保温桶 |
| CN105366937A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-03-02 | 中天科技光纤有限公司 | 两种拉丝炉的复合保温装置 |
| CN106626710A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 嘉兴启晟碳材料有限公司 | 一种碳纤维保温硬毡及其制备方法 |
| CN112479731A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-12 | 西安美兰德新材料有限责任公司 | 一种碳纤维缝制硬化保温材料的制备方法 |
| CN113215724A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 因达孚先进材料(苏州)有限公司 | 一种利用整体针刺成型制备碳纤维固化硬毡的方法 |
| CN115231940A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-25 | 青岛晶易新材料科技股份有限公司 | 一种碳碳保温筒生产工艺 |
-
2023
- 2023-04-10 CN CN202310373107.XA patent/CN116535226B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009048422A1 (de) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Sgl Carbon Se | Verbundwerkstoff aus Carbonfaser-Weichfilz und Carbonfaser-Hartfilz |
| CN102206852A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-10-05 | 湖南金博复合材料科技有限公司 | 碳/碳复合材料保温筒及制备方法 |
| CN103882511A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-06-25 | 无锡宝优科技有限公司 | 一种拼接型直拉单晶炉固化保温桶 |
| CN105366937A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-03-02 | 中天科技光纤有限公司 | 两种拉丝炉的复合保温装置 |
| CN106626710A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 嘉兴启晟碳材料有限公司 | 一种碳纤维保温硬毡及其制备方法 |
| CN112479731A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-12 | 西安美兰德新材料有限责任公司 | 一种碳纤维缝制硬化保温材料的制备方法 |
| CN113215724A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 因达孚先进材料(苏州)有限公司 | 一种利用整体针刺成型制备碳纤维固化硬毡的方法 |
| CN115231940A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-25 | 青岛晶易新材料科技股份有限公司 | 一种碳碳保温筒生产工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116535226B (zh) | 2023-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4974209B2 (ja) | セラミックマトリックス複合材のシリコン溶浸処理方法 | |
| CN108610081B (zh) | 一种C/C-Cu复合材料的制备方法 | |
| CN1994972A (zh) | 硅晶体生长炉用高纯固化炭毡制造方法 | |
| CN107285797B (zh) | 一种碳基复合材料螺旋弹簧及生产方法 | |
| CN113072387A (zh) | 一种碳纤维缠绕坩埚及其制备方法 | |
| CN111072399A (zh) | 一种直拉单晶硅炉用碳化硅涂层的碳/碳加热器 | |
| CN111875401B (zh) | 一种缠绕成型高强高纯炭/炭复合材料回转体的制备方法 | |
| CN112299865A (zh) | 一种改性C/SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN113416087B (zh) | 一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法 | |
| CN116535226B (zh) | 一种用于高温感应炉的保温层及其制备方法 | |
| CN112060620A (zh) | 碳碳保温筒成型工艺 | |
| CN104911696A (zh) | 一种直拉硅单晶炉用固化炭毡整体导流筒及其制备方法 | |
| CN113024265A (zh) | 带表面处理的软毡及其制作方法 | |
| CN113026349A (zh) | 一种保温隔热的碳毡及其制备方法 | |
| CN102828235A (zh) | 一种单晶硅直拉炉用反射板的制备方法 | |
| CN116428856A (zh) | 一种连续石墨化、纯化炉 | |
| CN114411242B (zh) | 石英纤维增强炭-二氧化硅复合材料导流筒及其制备方法 | |
| WO2023280024A1 (zh) | 一种热屏外胆及热屏、拉晶热场 | |
| CN114368976B (zh) | 石英纤维增强炭-二氧化硅复合材料坩埚及其制备方法 | |
| JP2015107888A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材 | |
| CN113896560A (zh) | 一种工业炉用低密度多孔保温材料的制备方法 | |
| CN102260901A (zh) | 含涂层的SiC复合坩埚及制备法 | |
| CN203007155U (zh) | 复合材料保温筒 | |
| CN202164379U (zh) | 含涂层的SiC复合坩埚 | |
| CN114232074B (zh) | 一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料导流筒及其制备方法 |
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 |