CN117185828A - 一种快速制备碳碳产品制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于碳碳产品制备工艺技术领域，提供了一种快速制备碳碳产品制备方法，包括CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统和水循环冷凝系统及尾气焚烧系统，该装置解决了现有的CVD气相沉积炉内部在进行导气的过程中无法做到均匀的导气过程，气体利用率无法达到最大，增加了制备时间以及能耗和设备的折旧率，降低了最终生产效率，且无法避免尾气对周围环境造成污染的问题，达到并能够实现独立的进出气，使产品内部导气均匀及气体利用率达到最大，有效地缩短了整个工艺过程的时间，降低能耗及设备折旧率，防止整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，避免对工作人员的身心健康造成伤害。

Description

一种快速制备碳碳产品制备方法

技术领域

本发明涉及碳碳产品制备工艺技术领域，更具体地说，它涉及一种快速制备碳碳产品制备方法。

背景技术

碳碳产品制是指由碳纤维及其织物增强的碳基复合材料，它具有低密度、高强度、高模量、高热导率、低膨胀系数、良好的摩擦性能、良好的抗热震性和高尺寸稳定性等优点；碳碳产品作为一种热结构与功能一体化的优良工程材料，自诞生以来在军事工业上取得了巨大的进展，其最重要的应用是制造导弹的战斗部零件。

目前，市场上的碳碳产品制备过程中多是通过CVD气相沉积炉进行制备，然而现有的碳碳产品制备过程中多存在以下技术问题：

现有的碳碳产品制备过程难以实现独立的进出气，且CVD气相沉积炉内部在进行导气的过程中无法做到均匀的导气过程，使得整个制备过程的气体利用率无法达到最大，增加了整个工艺制备过程的时间，增加了整个工艺制备过程的能耗以及CVD气相沉积炉的折旧率，降低了碳碳产品的最终生产效率，且无法避免整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，使得作人员的身心健康造成伤害。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够实现独立的进出气，且改造优化CVD气相沉积炉及产品装配方式及工装的使用，使产品内部导气均匀及气体利用率达到最大，有效地缩短了整个工艺过程的时间，降低能耗及设备折旧率，以此提高碳碳产品的最终生产效率，防止整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，避免对工作人员的身心健康造成伤害的一种快速制备碳碳产品制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种快速制备碳碳产品制备方法，包括以下步骤：

S1、粉尘及焦油的配置：

首先用磨粉机将石油焦研磨至平均粒径8μm，所用石油焦水分＜0.6％，水分＜0.6％，挥发分＜1.1％，接着将研磨过后的石油焦经尘及焦油过滤系统过滤，以此得到待加工的粉尘及焦油。

S2、料柱糊料的配置：

将S1中所得到的待加工的粉尘及焦油投入到碳素混捏锅内预热至130℃，同时，将温度为210℃的液态沥青按1/3的焦粉重量投入到混捏锅内，形成料柱糊料原料，接着通过混捏机器在190℃的保温条件下对混捏锅内的料柱糊料原料进行混捏，持续40min后得到料柱糊料。

S3、料柱的制备：

将S2中所得到的若干料柱糊料依次同比例放入多个柱形模具中，然后对多个柱形模具中的若干料柱糊料进行制备，以此得到若干料柱。

S4、料柱的加热处理：

首先将S3中所得到的若干料柱放入CVD气相沉积炉中，并同时调整CVD气相沉积炉的压力值，接着对CVD气相沉积炉内部的若干料柱进行加热，且加热的过程中可经源气体及辅助气体系统向CVD气相沉积炉中通入天然气和辅助气体，另外，在通入天然气和辅助气体过后可通过尾气焚烧系统对多余的为气体进行加热焚烧。

S5、碳碳半产品的制作：

停止对S4中CVD气相沉积炉的加热，且同时停止向S4中的CVD气相沉积炉内通入天然气和辅助气体，以此形成所需要的碳碳半产品。

将上述中CVD气相沉积炉内部所得到的碳碳半产品产品经水循环冷凝系统冷却后拿出,并重复S4中的步骤一至两次。

S6、碳碳产品的制作：

将S5中的碳碳半产品放置在150-300H的工艺时间内得到密度在1.30～1.45g/cm3之间的碳碳产品。

本发明进一步设置为：包括CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统和水循环冷凝系统及尾气焚烧系统。

本发明进一步设置为：所述碳源气体及辅助气体系统出口端与所述CVD气相沉积炉系统的入口端相连通。

所述CVD气相沉积炉的出口端与所述粉尘及焦油过滤系统的入口端相连通。

本发明进一步设置为：所述水循环冷凝系统的出口端与所述尾气焚烧系统的入口端相连通。

本发明进一步设置为：所述CVD气相沉积炉外周侧面设置有控制器，所述CVD气相沉积炉内部设置有加热器；所述CVD气相沉积炉底部设置有加热电极，所述加热电极与加热器电连接，所述控制器与加热器通过变压器电连接。

本发明进一步设置为：所述天然气为碳源气体，所述辅助气体为氮气。

本发明进一步设置为：所述CVD气相沉积炉内部位于料柱下方连通有天然气进气管、辅助气体进气管。

所述天然气进气管内部依次设置有档气板、碳毡；所述辅助气体进气管内部依次设置有档气板、碳毡。

本发明进一步设置为：述料柱外周侧面设置有温筒预制体、保温筒半成品、碳碳圆筒。

本发明的优点是：

1、本发明通过所设计的CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统、水循环冷凝系统、尾气焚烧系统以及整个工艺过程，能够实现独立的进出气，且改造优化CVD气相沉积炉及产品装配方式及工装的使用，使产品内部导气均匀及气体利用率达到最大。

2、本发明采用高温高压低流量CVD气相沉积炉工艺参数，以天然气为碳源气体、氮气为保护气体，对碳碳产品进行制备，能够将整个工艺过程中的碳源气体有效的进行物理化学气相渗入处理，快速得到碳碳半成品，且能够通过对料柱的加热处理过程重复一至两次，有效地缩短了整个工艺过程的时间，以此提高碳碳产品的最终生产效率。

3、本发明通过所设计的CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统、水循环冷凝系统、尾气焚烧系统以及整个工艺过程，快速的进行一次或两次的增密沉积的方式，不仅提高了碳碳产品成品的密度、表面封孔，且同时将总的工艺时长减短，降低能耗及设备折旧率。

4、本发明通过尾气焚烧系统对工艺过程中的废气进行焚烧处理，防止整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，避免对工作人员的身心健康造成伤害。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位如“上、下”通常是针对所示的方向而言，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

本发明提供以下技术方案：

一种快速制备碳碳产品制备，具体地，包括CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统和水循环冷凝系统及尾气焚烧系统；碳源气体及辅助气体系统出口端与CVD气相沉积炉系统的入口端相连通；CVD气相沉积炉的出口端与粉尘及焦油过滤系统的入口端相连通；水循环冷凝系统的出口端与尾气焚烧系统的入口端相连通；CVD气相沉积炉外周侧面设置有控制器，CVD气相沉积炉内部设置有加热器；CVD气相沉积炉底部设置有加热电极，加热电极与加热器电连接，控制器与加热器通过变压器电连接；天然气为碳源气体，辅助气体为氮气；CVD气相沉积炉内部位于料柱下方连通有天然气进气管、辅助气体进气管；天然气进气管内部依次设置有档气板、碳毡；辅助气体进气管内部依次设置有档气板、碳毡；料柱外周侧面设置有温筒预制体、保温筒半成品、碳碳圆筒。

本实施例一的具体应用为：通过外接电源对CVD气相沉积炉内部设置的加热器进行供电，以此对CVD气相沉积炉底部设置的加热电极进行供电加热，该加热过程中，可通过外部控制器中的变压器不断对加热器进行加热，使CVD气相沉积炉内部的热场在控制器的作用下，始终保持在恒定的温度下，以此对CVD气相沉积炉内部的料柱进行独立控制加热，并保持在一定的恒温条件下，且CVD气相沉积炉内部的料柱进行独立控制加热的过程中，可通过所设置的碳源气体及辅助气体系统以及天然气进气管与辅助气体进气管内部所设置的档气板、碳毡能够不断对导入的气体进行导流，且同时不断地改变所导入气体的流动方向，以此增加所导入气体在CVD气相沉积炉内部所滞留的时间，使得天然气、氮气与料柱之间能够充分反应，以此达到气体最大的利用率，在进行气体导入的过程中，所导入的天然气和氮气能够均匀且不断地滞留在CVD气相沉积炉内部的料柱中，对料柱提供一定的保护作用；另外，在对CVD气相沉积炉中的料柱进行加热的过程中，可通过料柱外周侧面所设置的温筒预制体、保温筒半成品、碳碳圆筒，以此作为限气装置，使得天然气中的碳源气体在料柱中进行物理化学气相渗入处理，快速得到碳碳半成品，而料柱的加热处理过程可根据实际的制备过程反复的重复一至两次，使得碳碳产品的成品密度以及表面封孔效果有所提高，且有效地缩短了整个工艺时长，降低了整个工艺过程中的能耗以及CVD气相沉积炉的折旧率，提高了碳碳产品的生产效率，且整个工艺过程中，可通过尾气焚烧系统对工艺过程中的废气进行焚烧处理，防止整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，避免对工作人员的身心健康造成伤害。

本发明的具体具体制备过程为：通过磨粉机将石油焦研磨至平均粒径8μm，所用石油焦水分＜0.6％，水分＜0.6％，挥发分＜1.1％，接着将研磨过后的石油焦经尘及焦油过滤系统过滤，以此得到待加工的粉尘及焦油，随后，将待加工的粉尘及焦油投入到碳素混捏锅内预热至130℃，同时将温度为210℃的液态沥青按1/3的焦粉重量投入到混捏锅内，以此形成料柱糊料原料，接着通过混捏机器在190℃的保温条件下对混捏锅内的料柱糊料原料进行混捏，持续40min后得到料柱糊料，将若干料柱糊料依次同比例放入多个柱形模具中，然后对多个柱形模具中的若干料柱糊料进行制备，以此得到若干料柱，接着将若干料柱放入CVD气相沉积炉中，并同时调整CVD气相沉积炉的压力值，对CVD气相沉积炉内部的若干料柱进行加热，且加热的过程中可经源气体及辅助气体系统向CVD气相沉积炉中通入天然气和辅助气体，另外，在通入天然气和辅助气体过后可通过尾气焚烧系统对多余的气体以及制备过程中的废气进行加热焚烧处理，焚烧处理一端时间后，停止对CVD气相沉积炉进行加热，且同时停止向CVD气相沉积炉内通入天然气和辅助气体，以此形成所需要的碳碳半产品，此时，可将CVD气相沉积炉内部所得到的碳碳半产品产品经水循环冷凝系统冷却过后拿出,并重复上述过程一至两次，最后将碳碳半产品放置在150-300H的工艺时间内得到密度在1.30～1.45g/cm 3之间的碳碳产品，实现独立的进出气，且改造优化CVD气相沉积炉及产品装配方式及工装的使用，使产品内部导气均匀及气体利用率达到最大，有效地缩短了整个工艺过程的时间，降低能耗及设备折旧率，以此提高碳碳产品的最终生产效率，防止整个工艺过程中的尾气对周围环境造成污染，避免对工作人员的身心健康造成伤害。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速制备碳碳产品制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、粉尘及焦油的配置：

首先用磨粉机将石油焦研磨至平均粒径8μm，所用石油焦水分＜0.6％，水分＜0.6％，挥发分＜1.1％，接着将研磨过后的石油焦经尘及焦油过滤系统过滤，以此得到待加工的粉尘及焦油；

S2、料柱糊料的配置：

将S1中所得到的待加工的粉尘及焦油投入到碳素混捏锅内预热至130℃，同时，将温度为210℃的液态沥青按1/3的焦粉重量投入到混捏锅内，形成料柱糊料原料，接着通过混捏机器在190℃的保温条件下对混捏锅内的料柱糊料原料进行混捏，持续40min后得到料柱糊料；

S3、料柱的制备：

将S2中所得到的若干料柱糊料依次同比例放入多个柱形模具中，然后对多个柱形模具中的若干料柱糊料进行制备，以此得到若干料柱；

S4、料柱的加热处理：

首先将S3中所得到的若干料柱放入CVD气相沉积炉中，并同时调整CVD气相沉积炉的压力值，接着对CVD气相沉积炉内部的若干料柱进行加热，且加热的过程中可经源气体及辅助气体系统向CVD气相沉积炉中通入天然气和辅助气体，另外，在通入天然气和辅助气体过后可通过尾气焚烧系统对多余的气体以及制备过程中的废气进行加热焚烧处理；

S5、碳碳半产品的制作：

停止对S4中CVD气相沉积炉的加热，且同时停止向S4中的CVD气相沉积炉内通入天然气和辅助气体，以此形成所需要的碳碳半产品；

将上述中CVD气相沉积炉内部所得到的碳碳半产品产品经水循环冷凝系统冷却后拿出,并重复S4中的步骤一至两次；

S6、碳碳产品的制作：

将S5中的碳碳半产品放置在150-300H的工艺时间内得到密度在1.30～1.45g/cm 3之间的碳碳产品。

2.根据权利要求1所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：包括CVD气相沉积炉、碳源气体及辅助气体系统、粉尘及焦油过滤系统和水循环冷凝系统及尾气焚烧系统。

3.根据权利要求2所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述碳源气体及辅助气体系统出口端与所述CVD气相沉积炉系统的入口端相连通；

所述CVD气相沉积炉的出口端与所述粉尘及焦油过滤系统的入口端相连通。

4.根据权利要求3所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述水循环冷凝系统的出口端与所述尾气焚烧系统的入口端相连通。

5.根据权利要求4所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述CVD气相沉积炉外周侧面设置有控制器，所述CVD气相沉积炉内部设置有加热器；所述CVD气相沉积炉底部设置有加热电极，所述加热电极与加热器电连接，所述控制器与加热器通过变压器电连接。

6.根据权利要求1所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述天然气为碳源气体，所述辅助气体为氮气。

7.根据权利要求6所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述CVD气相沉积炉内部位于料柱下方连通有天然气进气管、辅助气体进气管；

所述天然气进气管内部依次设置有档气板、碳毡；所述辅助气体进气管内部依次设置有档气板、碳毡。

8.根据权利要求7所述的一种快速制备碳碳产品制备，其特征在于：所述料柱外周侧面设置有温筒预制体、保温筒半成品、碳碳圆筒。