CN217997314U - 炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，涉及炭/炭复合材料化学沉积技术领域。炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，包括沉积室；沉积室包括下分气板、内圈保温筒预制体、坩埚预制体、导流罩预制体和上分气板，分气板上开设有进气孔，内圈保温筒预制体放置在分气板上，坩埚预制体放置在内圈保温筒预制体内的分气板上，导流罩预制体放置在坩埚预制体内的下分气板上，沉积室的顶部放置有上分气板。本装置的沉积室内设置有多个不同尺寸预制体，类似套娃结构，并同心布设，大大提高装炉量的同时，提高了生产量，节约了生产成本；本实用新型具有实用性强、操作简单，易于推广使用等特点。

Description

炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置

技术领域

本实用新型涉及炭/炭复合材料化学沉积技术领域，尤其涉及一种炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置。

背景技术

炭/炭复合材料是由高强度炭纤维和热解炭基体构成的高性能复合材料，与石墨相比，具有高温下强度高、寿命长等优点，被广泛应用于拉制单晶热场材料。

目前，炭/炭复合材料主要的制备方法有化学气相渗透法、液相浸渍法以及两种方法的联合使用。但液相浸渍法存在气孔率大，强度差等缺点，而化学气相渗透方法制备的材料强度高，孔隙率较低、热解炭结构可调，其强度可设计性较强，被广泛应用于该材料的工业化生产。化学气相渗透方法包括炭纤维预制体编织、增密、机械加工、高温纯化等工序，其中增密工序在所有工序中至关重要。生产工艺复杂、产品制备成本居高不下。改进炭/炭复合材料生产工艺，制备出高性能、低成本、大尺寸的炭/炭复合材料是技术人员研究的热点。

等温化学气相渗透方法存在致密周期长的弊端，但产品均匀性好。该工艺被广泛应用。国内相关技术人员对等温化学气相渗透方法进行了改进，通过缝隙控制前躯体气体沿指定方向流动，从而提高致密化速率，但仍存在生产成本高的特点，难以满足实际生产需求。

目前，国内主要通过增大炉体尺寸来提高装炉量，但存在温度场及气流场不均匀的问题，如炉体轴向温差大，温度高的一侧容易出现结壳。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，新增温度场控制、气体流场设计，提高装炉量的同时，保持较高的致密化均匀性和致密化速率，大幅度降低生产成本。所设计的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其结构设计合理、操作简单、可靠性好的优点。

为实现此技术目的，本实用新型采用如下方案：炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，包括沉积室；沉积室包括下分气板、内圈保温筒预制体、坩埚预制体、导流罩预制体和上分气板，分气板上开设有进气孔，内圈保温筒预制体放置在分气板上，坩埚预制体放置在内圈保温筒预制体内的分气板上，导流罩预制体放置在坩埚预制体内的下分气板上，沉积室的顶部放置有上分气板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：（1）本装置的沉积室内设置有多个不同尺寸预制体，类似套娃结构，并同心布设，大大提高装炉量的同时，提高了生产量，节约了生产成本；（2）通过设置上、下分气板，改善了沉积室内气体分布的均匀性，提高了坩埚纵向方向的致密均匀性和致密速率以及增加了炭源气体的利用率；（3）外侧保温筒预制体上下错开排列，有助于热传导，内侧放置低密度炭/炭复合材料，可有效减少炉体轴向温度差异，进而避免在高温侧过早出现结壳问题；（4）预制体内外表面同时通气，减少坩埚或导流罩预制体厚度方向的密度及热解碳结构的差异，进而提高产品质量一致性；（5）本实用新型具有实用性强、操作简单，易于推广使用等特点。

本实用新型的优选方案为：

内圈保温筒预制体与坩埚预制体间隙、坩埚预制体与导流罩预制体间隙、导流罩预制体内的下分气板均上开设有进气孔，形成单独的纵向沉积通道。

坩埚预制体与下分气板之间放置有第一垫块，导流罩预制体与下分气板之间放置有第二垫块，第一垫块的高度低于第二垫块。外侧保温筒预制体上下错开排列，有助于热传导，内侧放置低密度炭/炭复合材料，可有效减少炉体轴向温度差异，进而避免在高温侧过早出现结壳问题。

还包括中心支撑柱和中心固定底座，中心支撑柱上端连接有中心顶托板，中心支撑柱下端套装在中心固定底座上，中心固定底座与下分气板连接。使用石墨中心支撑柱进行支撑，保证保温筒预制体不受力变形。

坩埚预制体和导流罩预制体的顶部分别开设有透气孔，透气孔套在中心支撑柱上。

沉积室还包括外圈保温筒预制体和外圈支撑筒，外圈保温筒预制体的下方放置外圈支撑筒，外圈支撑筒侧壁开设有出气孔；外圈保温筒预制体与内圈保温筒预制体之间留有间隙。预制体内外表面同时通气，减少坩埚或导流罩预制体厚度方向的密度及热解碳结构的差异，进而提高产品质量一致性。

还包括混气室，混气室包括底板、下隔板支撑筒和分气结构，底板中部开设有中心进气孔，底板中心上放置有分气结构，分气结构的侧壁开设有流通孔，底板上表面外缘放置有下隔板支撑筒，下隔板支撑筒上端与下分气板抵接。通过设置混气室及下分气板、上分气板，改善了沉积室内气体分布的均匀性，提高了坩埚纵向方向的致密均匀性和致密速率以及增加了炭源气体的利用率。

内圈保温筒预制体的高度低于坩埚预制体的高度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置的剖面示意图；

图2为图1中A-A面剖视图；

图中标记为：1、底板；2、下隔板支撑筒；3、下分气板；4、分气结构；5、外圈支撑筒；6、定位销；7、中心固定底座；8、中心支撑柱；9、中心顶托板；10、上分气板；11、第一垫块；12、第二垫块；13、顶分气板；21、导流罩预制体；22、坩埚预制体；23、内圈保温筒预制体；24、外圈保温筒预制体。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

如图1所示，本实用新型提供的一种炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，由混气室和沉积室等组成。混气室由石墨底板1、下隔板支撑筒2、分气结构4等组成，石墨底板1上放置下隔板支撑筒2，下隔板支撑筒2的外径与石墨底板1的外径相同；石墨底板1的中心开设有中心进气孔，中心进气孔四周的石墨底板1上放置有分气结构4。分气结构4为中空的圆筒结构，圆筒的侧壁中部开设有水平贯通的流通孔。分气结构的上方为沉积室。

沉积室由下分气板3、上分气板10、外圈支撑筒5、外圈保温筒预制体24、内圈保温筒预制体23、坩埚预制体22、导流罩预制体21、中心支撑柱8等组成。分气结构4和下隔板支撑筒2上放置有下分气板3，下分气板3外缘放置外圈支撑筒5，外圈支撑筒5的侧壁开设有第一出气孔，出气孔直径优选为Φ40，主要起到热量传递与排气的作用。加热时降低套装结构内外温差过大的情况发生。沉积时降低气体流通不畅造成炭黑或结壳情况的发生。

外圈支撑筒5的上端放置外圈保温筒预制体24，外圈保温筒预制体24的上端放置上分气板10，上、下分气板、外圈保温筒预制体24和外圈支撑筒5构成沉积室的外框结构。

下分气板3上表面由外至内依次放置有内圈保温筒预制体23、坩埚预制体22和导流罩预制体21，内圈保温筒预制体23为圆筒结构，筒高低于坩埚预制体22的高度。坩埚预制体22为倒置的U型罩体结构，U型罩体的顶部中心开设有第二出气孔，U型罩体的下部两端分别铺设有第一垫块11，第一垫块11放置在下分气板3上。坩埚预制体22的内部为导流罩预制体21，导流罩预制体21为倒置的U型罩体结构，导流罩预制体21的顶面开设有第三出气孔，第三出气孔直径大于第二出气孔直径。导流罩预制体21的下部两端分别铺设有第二垫块12，第二垫块12放置在下分气板3上，使沉积室内的坩埚预制体22与导流罩预制体21底部碳源气体流通顺畅，提高沉积效果。

第二出气孔和第三出气孔中穿装有中心支撑柱8，中心支撑柱8的下端螺纹连接在中心固定底座7中，方便根据外圈保温筒预制体24高度变化，调整支撑高度。中心固定底座7上开设有第一定位孔，下分气板3上开设有第二定位孔，第二定位孔与第一定位孔上下对准，定位销6插装在第一定位孔和第二定位孔中。中心固定底座7与下分气板3依靠四个定位销6进行定位连接。中心支撑柱8的上端顶接有中心顶托板9，上分气板10下表面中心开设有圆形凹槽，中心顶托板9嵌在上分气板10的凹槽内，实现配合定位，防止移动。

如图2所示，下分气板3、上分气板10、顶分气板13均开多圈Φ20进气孔，且开孔位置尺寸相同。中心支撑柱8与导流罩预制体21之间、导流罩预制体21与坩埚预制体22之间、坩埚预制体22与内圈保温筒预制体23之间的下分气板3部位均含有进气孔。

上分气板上方还设置有另一沉积室，该沉积室与上述沉积室结构相同，上下放置形成双层沉积室结构。

工作过程：

碳源气体从底板1的中心进气孔首先进入分气结构4，分气结构4将碳源气体均匀的分散至四周进入混气室，碳源气体在混气室中通过下分气板3进入一层沉积室。碳源气体通过下分气板3从一层沉积室中热场材料预制体之间的间隙流动，对沉积室内预制体进行沉积。

由于在炉膛顶部的抽气作用，碳源气体在上分气板10的下方进行分流，大部分通过上分气板10进入二层沉积室，小部分通过外圈支撑筒5上的出气孔，对内圈保温筒预制体23与外圈保温筒预制体24进行沉积，并排至沉积室外。

碳源气体在二层沉积室各预制体之间进行沉积，在顶分气板13的下方进行分流，大部分通过顶分气板13进入炉膛，小部分通过外圈支撑筒5上的出气孔，对内圈保温筒预制体23与外圈保温筒预制体24进行沉积，并排至沉积室外。

碳源气体通过一层沉积室热场材料间隙向上移动，通过上分气板10进入二层沉积室，沉积室组成形式与一层相似，碳源气体流通较通畅。

工装零件材料为石墨，在高温沉积使用石墨工装较稳定。

沉积室中心区域安装由定位销6、中心固定底座7、中心支撑柱8、中心顶托板9组装成的中心支撑为主要受力结构。四周由外圈支撑筒5与外圈保温筒预制体24进行周圈支撑，为辅助支撑结构。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，包括沉积室；其特征在于，沉积室包括下分气板、内圈保温筒预制体、坩埚预制体、导流罩预制体和上分气板，分气板上开设有进气孔，内圈保温筒预制体放置在分气板上，坩埚预制体放置在内圈保温筒预制体内的分气板上，导流罩预制体放置在坩埚预制体内的下分气板上，沉积室的顶部放置有上分气板。

2.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，内圈保温筒预制体与坩埚预制体间隙、坩埚预制体与导流罩预制体间隙、导流罩预制体内的下分气板均上开设有进气孔。

3.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，坩埚预制体与下分气板之间放置有第一垫块，导流罩预制体与下分气板之间放置有第二垫块，第一垫块的高度低于第二垫块。

4.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，还包括中心支撑柱和中心固定底座，中心支撑柱上端连接有中心顶托板，中心支撑柱下端套装在中心固定底座上，中心固定底座与下分气板连接。

5.根据权利要求4所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，坩埚预制体和导流罩预制体的顶部分别开设有透气孔，透气孔套在中心支撑柱上。

6.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，沉积室还包括外圈保温筒预制体，外圈保温筒预制体与内圈保温筒预制体之间留有间隙，外圈保温筒预制体的下部侧壁开设有出气孔。

7.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，还包括混气室，混气室包括底板、下隔板支撑筒和分气结构，底板中部开设有中心进气孔，底板中心上放置有分气结构，分气结构的侧壁开设有流通孔，底板上表面外缘放置有下隔板支撑筒，下隔板支撑筒上端与下分气板抵接。

8.根据权利要求1所述的炭/炭热场材料生产用化学气相渗透装置，其特征在于，内圈保温筒预制体的高度低于坩埚预制体的高度。

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