CN215250466U - 一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及坩埚制备技术领域，公开了一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，包括碳纤维平纹布、碳纤维网胎以及碳纤维丝，所述碳纤维网胎铺设在所述碳纤维平纹布上以形成铺层单元，所述碳纤维丝沿着倾斜方向交叉缠绕在每一层所述铺层单元的外侧，各所述铺层单元逐层叠加至预定厚度，且在厚度方向上进行针刺缝合以形成坩埚预制体。整体结构更加贴合芯模，实现更好的定型效果，后续机械加工无需打磨掉过多的材料，加工时间少，能够有效减低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及坩埚制备技术领域，特别是涉及一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体。
背景技术
碳/碳复合材料是目前广泛应用的先进复合材料之一，它是由碳纤维或各种碳织物增强碳基体所形成的复合材料，具有密度低，比强度高，耐磨损，耐高温、热膨胀系数小等优良性能。该材料现已成为航空航天、冶金、新能源等领域的重要基础材料之一，是石墨制品和耐热钢的理想替代品。
单晶炉内的工装普遍采用的是石墨坩埚，石墨坩埚在高温环境中力学性能较差，使用寿命较短，大大增加了企业生产成本。目前也有部分商家采用碳/碳复合材料制作坩埚，预制体是制作碳/碳复合材料坩埚的必备工序之一，而现有的坩埚预制体的编制方式是在芯模铺设平纹布和网胎，后通过针刺进行固定，但该方式定型效果不好，对于后续的机械加工依赖程度高，而机械加工过程中浪费了较多的原材料，且加工时间长，生产成本也较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种定型效果好的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，使得制备过程中能够节省原材料并提高加工效率。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，包括碳纤维平纹布、碳纤维网胎以及碳纤维丝，所述碳纤维网胎铺设在所述碳纤维平纹布上以形成铺层单元，所述碳纤维丝沿着倾斜方向交叉缠绕在每一层所述铺层单元的外侧，各所述铺层单元逐层叠加至预定厚度，且在厚度方向上进行针刺缝合以形成坩埚预制体。
作为优选方案，所述铺层单元包括圆管段、圆环连接段以及圆形封底段，所述圆环连接段的外侧边与所述圆管段的底部圆形开口相连接，所述圆环连接段的内侧边与所述圆形封底段的外侧边相连接，以使所述圆管段、所述圆环连接段和所述圆形封底段形成筒状结构。
作为优选方案，所述圆管段与所述圆环连接段之间连接处的缝合轨迹成波浪状。
作为优选方案，所述圆环连接段与所述圆形封底段之间连接处的缝合轨迹呈波浪状。
作为优选方案，所述圆管段的缝合轨迹与轴向方向平行。
作为优选方案，所述圆管段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎为条形状，所述圆管段上的碳纤维平纹布的接缝与碳纤维网胎的接缝相错开。
作为优选方案，所述圆环连接段的缝合轨迹呈环形状，和/或所述圆形封底段的缝合轨迹呈环形状。
作为优选方案，所述圆环连接段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎呈圆环状。
作为优选方案，所述圆形封底段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎呈圆形状。
作为优选方案，所述针刺缝合为单面双针缝合工艺。
本实用新型所提供的一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体与现有技术相比，其有益效果在于：
本实用新型通过所述碳纤维网胎铺设在所述碳纤维平纹布上，以形成铺层单元，然后每一层铺层单元的外侧都通过所述碳纤维丝进行交叉缠绕，使得铺层单元更加贴合芯模，实现更好的定型效果，当所述铺层单元逐层叠加至预定厚度时，在厚度方向上进行针刺缝合，制作成坩埚预制体。该预制体定型效果好，后续机械加工无需打磨掉过多的材料，加工时间少，能够有效减低生产成本。
附图说明
图1是本实用新型优选实施例的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体的剖视结构示意图。
图2为图1中A处结构放大图。
图3为图1中B处结构放大图。
图4是本实用新型优选实施例的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体中碳纤维平纹布和碳纤维网胎结构示意图。
图5是本实用新型优选实施例的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体中碳纤维丝结构示意图。
图6是本实用新型优选实施例的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体的缝制侧视结构示意图。
图7是本实用新型优选实施例的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体的缝制仰视结构示意图。
图中：1.碳纤维平纹布；2.碳纤维网胎；3.碳纤维丝；4.圆管段；5.圆环连接段；6.圆形封底段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1至图7所示，本实用新型优先实施例提供了一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，包括碳纤维平纹布1、碳纤维网胎2以及碳纤维丝3，所述碳纤维网胎2铺设在所述碳纤维平纹布1上以形成铺层单元，所述碳纤维丝3沿着倾斜方向交叉缠绕在每一层所述铺层单元的外侧，各所述铺层单元逐层叠加至预定厚度，且在厚度方向上进行针刺缝合以形成坩埚预制体。
上述碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，是通过所述碳纤维网胎2铺设在所述碳纤维平纹布1上，以形成铺层单元，然后每一层铺层单元的外侧都通过所述碳纤维丝3进行交叉缠绕，使得铺层单元更加贴合芯模，实现更好的定型效果，当所述铺层单元逐层叠加至预定厚度时，在厚度方向上进行针刺缝合，制作成坩埚预制体。该预制体定型效果好，后续机械加工无需打磨掉过多的材料，加工时间少，能够有效减低生产成本。
本实施例中，为了更好形成筒状结构，如图1至图3所示，所述铺层单元包括圆管段4、圆环连接段5以及圆形封底段6，在所述芯模的圆壁面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆管段4，在所述芯模的圆弧底面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆环连接段5，在所述芯模的平底面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆形封底段6，然后再通过碳纤维丝3沿着倾斜方向交叉缠绕，以固定形状。所述圆环连接段5的外侧边与所述圆管段4的底部圆形开口相连接，所述圆环连接段5的内侧边与所述圆形封底段6的外侧边相连接，以使所述圆管段4、所述圆环连接段5和所述圆形封底段6形成筒状结构。结合图4所示，整个铺设过程通过叠加铺设而成，无需对碳纤维平纹布1和碳纤维网胎2进行过多拉伸或压缩，使得形成的预制体厚度更加均匀。其中，结合图5所示，所述碳纤维丝3的缠绕方向与轴向方向呈45°或者-45°，所述碳纤维丝3将圆管段4、圆环连接段5和圆形封底段6包裹成整体结构。
本实施例中，如图6所示，所述圆管段4与所述圆环连接段5之间连接处的缝合轨迹成波浪状，对环向接缝进行特定方式缝合，使得环向接缝紧密贴合，避免连接处出现力学性能缺陷。其中，缝合过程中通过摆动预制体的朝向，使每一节缝线改变缝制方向，从而形成波浪状缝合轨迹。同样的，如图7所示，所述圆环连接段5与所述圆形封底段6之间连接处的缝合轨迹呈波浪状，对环向接缝进行特定方式缝合，使得环向接缝紧密贴合，避免连接处出现力学性能缺陷。
本实施例中，如图6所示，所述圆管段4的缝合轨迹与轴向方向平行，便于进行缝制，相邻两个缝合轨迹的间距根据实际情况进行调整。
进一步的，所述圆管段4上的碳纤维平纹布1和碳纤维网胎2为条形状，通过条形状的碳纤维平纹布1和碳纤维网胎2包覆在芯模的圆壁面，使其成为圆管段4，所述圆管段4上的碳纤维平纹布1的接缝与碳纤维网胎2的接缝相错开，能够避免接缝重叠而出现力学性能缺陷。
本实施例中，如图7所示，所述圆环连接段5的缝合轨迹呈环形状，便于进行缝制，相邻两个缝合轨迹的间距根据实际情况进行调整。可以理解的是，若所述圆形封底段6面积较大，对所述圆形封底段6也进行缝制，其缝合轨迹呈环形状。
进一步的，所述圆环连接段5上的碳纤维平纹布1和碳纤维网胎2呈圆环状，使得所述圆环连接段5本身不会形成接缝，保证其本身的力学性能。同样的，所述圆形封底段6上的碳纤维平纹布1和碳纤维网胎2呈圆形状，使得所述圆形封底段6本身不会形成接缝，保证其本身的力学性能。
本实施例中，所述针刺缝合为单面双针缝合工艺，也就是缝制过程中，其引线针和钩线针均在预制体的外侧进行手动/自动缝制，不受形状结构的影响，不仅保证缝合连续稳定，也增强了材料性能。
本实施例坩埚预制体的制作过程为：根据所需制备的坩埚的形状结构，选择相匹配的芯模，在所述芯模的圆壁面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆管段4，在所述芯模的圆弧底面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆环连接段5，在所述芯模的平底面铺设所述碳纤维平纹布1和所述碳纤维网胎2作为圆形封底段6，将所述圆管段4、所述圆环连接段5和所述圆形封底段6靠紧。再将碳纤维丝3沿着倾斜方向交叉缠绕在每一层所述铺层单元的外侧，以固定形状轮廓，将所述铺层单元逐层叠加至预定厚度，整体取出并进行单面双针缝合，从而形成坩埚预制体。
综上，本实用新型实施例提供一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体具有以下优点：(1)每一层所述铺层单元的外侧都利用碳纤维丝3进行交叉缠绕，使其贴合芯模，定型效果好。(2)所述铺层单元由圆管段4、圆环连接段5和圆形封底段6组合而成，形成筒状结构厚度更加均匀。(3)圆管段4和圆形封底段6分别与圆环连接段5之间的环向接缝采用波浪状轨迹进行缝合，避免连接处出现力学性能缺陷。(4)所述针刺缝合为单面双针缝合工艺，缝制过程中不受内部形状结构的影响。
上方所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，包括碳纤维平纹布、碳纤维网胎以及碳纤维丝，所述碳纤维网胎铺设在所述碳纤维平纹布上以形成铺层单元，所述碳纤维丝沿着倾斜方向交叉缠绕在每一层所述铺层单元的外侧，各所述铺层单元逐层叠加至预定厚度，且在厚度方向上进行针刺缝合以形成坩埚预制体。
2.如权利要求1所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述铺层单元包括圆管段、圆环连接段以及圆形封底段，所述圆环连接段的外侧边与所述圆管段的底部圆形开口相连接，所述圆环连接段的内侧边与所述圆形封底段的外侧边相连接，以使所述圆管段、所述圆环连接段和所述圆形封底段形成筒状结构。
3.如权利要求2所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆管段与所述圆环连接段之间连接处的缝合轨迹成波浪状。
4.如权利要求2所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆环连接段与所述圆形封底段之间连接处的缝合轨迹呈波浪状。
5.如权利要求2所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆管段的缝合轨迹与轴向方向平行。
6.如权利要求5所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆管段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎为条形状，所述圆管段上的碳纤维平纹布的接缝与碳纤维网胎的接缝相错开。
7.如权利要求2所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆环连接段的缝合轨迹呈环形状，和/或所述圆形封底段的缝合轨迹呈环形状。
8.如权利要求7所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆环连接段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎呈圆环状。
9.如权利要求7所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述圆形封底段上的碳纤维平纹布和碳纤维网胎呈圆形状。
10.如权利要求1至9中任一项所述的碳/碳/碳化硅复合材料坩埚预制体，其特征在于，所述针刺缝合为单面双针缝合工艺。
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