CN2903095Y - 制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，是在炉体内设有多个料柱单元，料柱单元最外层为保温筒，保温筒固定在炉底上并与料柱单元同心，保温筒内设有固定在炉底绝缘座上的筒形石墨发热体，石墨发热体的导电杆与电源汇流排连接，石墨发热体内底部设有石墨吊板和石墨托架，筒形沉积室放置于石墨吊板上，进气管穿过炉底并伸入沉积室中心，本实用新型具有适用于大批量生产、工艺适应性较强、可用于等温法和压差法、造价相对低廉采用石墨电阻方式加热、不需大型感应器和石墨发热体的特点。

Description

制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉

一、技术领域

本实用新型属于飞机炭刹车盘制造设备技术领域，尤其是涉及一种制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉。

二、背景技术

化学气相渗透(CVI)是制造飞机炭刹车盘的首选工艺方法，它是将炭纤维预制体置于专用的CVI炉内，加热至所要求的温度，通入气态前躯体(碳氢化合物)，气体热解后扩散至含较大孔隙的预制体中，将碳沉积在炭纤维周围和空隙中使预制体致密化最终形成炭/炭复合材料刹车盘(炭盘)，此过程简称CVI致密化工艺。根据工艺过程中温度与压力控制及气体流向可将其分为等温法、压差法、热梯度法等。由于工艺方法不同，所用CVI炉也不完全相同。

采用CVI工艺生产飞机炭刹车盘的CVI炉有以下类型：

1.等温法CVI炉：它是最早采用的也是应用最为广泛的设备，炭纤维预制体置于炉内均热空间里，反应气体从预制体表面流过并扩散至预制体内部。目前主要炭盘制造商如Messier(法国)、Dunlop(英国)等公司均采用此类设备。根据炉膛有效尺寸的大小等温法CVI炉可选用不同加热方式(中频感应，石墨电阻)及一次装炉量，其中以大型中频感应炉居多。其特点是可适应大批量生产(一次经济装炉量可达400-500盘)，产品综合性能稳定，一致性好，产品尺寸不变限制。但是，其沉积速率较低，工艺周期较长，需大型感应器和石墨发热体与之配套，实现起来较为困难。

2.压差法CVI炉：这是某些厂商制造炭盘的主要设备，它与等温法CVI炉一样，炭纤维预制体置于炉内均热空间里，不同之处在于是气体强制流过预制体，在预制体中心和外表面形成压力差。此法特别适于炭盘类零件，其沉积速率较等温法CVI有明显提高，但是其装炉量一般仅50-60盘，要实现大批量生产需多台设备。

3.热梯度法

ZL200320121747.X(制造飞机炭刹车盘的外热梯度气相沉积炉)、ZL200310115118.0(炭刹车盘负压定向流外热梯度化学渗透方法及其设备)ZL00226753.5(飞机用炭刹车盘的气相沉积炉)、ZL00113952.5(飞机炭刹车盘的快速气相沉积炭方法及其设备)，这些专利所述工艺可简称为热梯度法，它是在热梯度CVI炉内实现的，其特点是在负压下在预制体径向建立热梯度，预制体致密过程由高温面向低温面逐渐延伸直至内外密度基本一致时为止。此法沉积速率明显高于等温法和压差法CVI，但是此法一次装炉量少(一般40-60盘左右)产品一致性难以保证，同时，还需增加后续树脂炭增密工序。

三、发明内容

本实用新型的目的在于改进已有技术的不足而提供一种适用于大批量生产、工艺适应性较强、可用于等温法和压差法、造价相对低廉采用石墨电阻方式加热、不需大型感应器和石墨发热体的制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉。

本实用新型的目的是这样实现的，制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，是由水冷炉底、水冷炉体、真空接口和水冷炉盖组成，其特点是在炉体内设有多个料柱单元，每个料柱单元最外层为保温筒，保温筒固定在炉底上并与料柱单元同心，保温筒的上端设有保温盖，保温筒内设有固定在炉底绝缘座上的筒形石墨发热体，石墨发热体底面两侧凸耳部各有一个导电杆连接孔，导电杆上端穿过炉底与石墨发热体紧密连接，下端与电源汇流排连接，石墨发热体内底部设有石墨吊板和石墨托架，筒形沉积室放置于石墨吊板上，进气管穿过炉底并伸入沉积室中心。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的料柱单元的数量是3的倍数且座落在炉底上，料柱单元在炉体内均匀分布且以中心为基准彼此与炉体的中心或内壁等距。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是在保温筒的上部、侧面以及料柱单元的中心各设有一个测温或控温热电偶保护套管，热电偶插在套管中。

本实用新型与已有技术相比具有以下显著特点和积极效果：

(1)与传统大型CVI炉不同，本设备炉膛内有多个管式石墨发热体，每一发热体构成一料柱单元，待处理炭盘置于发热体中，依靠发热体热源及由底部输入气体等实现CVI过程，根据需要可在炉体内布置多个料柱，所有料柱均放置于炉底上，必要时通过炉底升降机构进出炉膛，使单台设备一次装炉量可达100-600盘不等，适合飞机炭盘产品大批量生产需要，同时又避免采用感应式加热所需大型感应器和石墨发热体及相应可控硅变频器等，设备造价较低，实现起来容易。

(2)料柱单元以管式石墨发热体为中心，它通过导电杆与炉底电源汇流排相连，发热体外有炭纤维保温筒和盖板，内腔下部有石墨托架，托架上放置石墨吊板和筒状沉积室及盖板，利于加热保温，保证产品质量，同时方便原料和成品的吊装。

(3)CVI用气体经各料柱中心石墨进气管送入沉积室，各沉积室废气通过沉积室上盖板排气孔汇入炉体上部空间由抽气口经真空系统排出，可通过选择不同种类碳氢化合物气体种类和调节不同料柱气体用量实现热解炭结构可控，确保盘体达到所需性能要求。

(4)每个石墨发热体中心部上下各设一支测温热电偶，发热体中部侧向设一控温热电偶，可以有效控制温度。

(5)炭盘预制体叠放及沉积室安装在炉外进行，其叠放方式可按工艺要求选定(等温或压差法)，不仅和现行大型CVI炉一样采用等温法CVI工艺叠放，还可采用压差法CVI工艺叠放，装好的带沉积室的预制体可通过底部吊板从炉体上部装入发热体中。

(6)采用与料柱数相适应的真空炭管炉用三相功率可调电源，保证每一发热体输入功率一致，同炉产品质量一致性好，便于控制批次产品质量。

(7)根据料柱单元数量确定炉体、炉盖、炉体尺寸及相应电源、真空、送气装置容量及结构等。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型炉体的结构示意图。

图2为图1的俯向剖视图。

图3为本实用新型的另一种俯向结构示意图。

五、具体实施方案

实施例1，制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，参照图1、图2，水冷炉体2放置在水冷炉底1上，其上部侧向设有真空接口3，炉体2上盖水冷炉盖4，在炉体内设有料柱单元10，料柱单元10的数量是3的倍数且均匀分布在炉体1腔内，即料柱单元10可以是3、6、9、12、15或18及以上，本实施例中料柱单元10为3个，炉体内径约为1800mm，每个料柱单元10在炉体2内均匀分布且以中心为基准彼此间与炉体2中心或内壁等距，料柱单元10最外层为保温筒7，保温筒7安放在水冷炉底1上，保温筒7的上端设有保温盖6，保温筒7内设有固定在炉底1绝缘座上的筒形石墨发热体8，石墨发热体8底面两侧凸耳部各有一个导电杆连接孔，导电杆15上端穿过炉底1与石墨发热体8连接孔紧密连接，下端与电源汇流排16连接，石墨发热体8内底部中心设有石墨托架14和石墨吊板13，筒形沉积室9放置于石墨吊板13上，石墨托架14固定在炉底1上，进气管11从炉底1穿过并伸入沉积室9中心，进气管11下部側孔与送气系统相连，在每一料柱10中保温筒7、石墨发热体8、筒形沉积室9、石墨吊板13、石墨托架14、进气管11等均保持同心。在保温筒7的上部、侧面以及料柱单元10的中心各设有一个测温或控温热电偶保护套管5、12、17，热电偶插在套管中，这构成本实用新型一种结构。

实施例2，制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，参照图1、图3，是在实施例1的基础上，料柱单元10的数量设置为18个，炉体内径约为4500mm，一次装炉量可达600余盘，其它与

实施例1完全相同。

工作时，首先将待处理炭纤维预制体叠放在石墨吊板13上，套上筒形沉积室9，然后，整体吊入石墨发热体8内，待每个料柱10全部吊装完毕后盖上炉盖4、抽真空、升温，温度达要求值后，气体经进气管11的进气孔进入沉积室9内，完成CVI后余气及付产物由保温盖6出口汇入炉体2上部经真空接口3排出，底部和上部热电偶管5、17用于测定炉温，侧面热电偶管12用于控制炉温，出炉时通过石墨吊板13将处理过的炭纤维预制体连同筒形沉积室9一起从石墨发热体8内吊出。

Claims (3)

1、制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，是由水冷炉底(1)、水冷炉体(2)、真空接口(3)和水冷炉盖(4)组成，其特征是在炉体(2)内设有多个料柱单元(10)，每个料柱单元(10)最外层为保温筒(7)，保温筒(7)固定在炉底上并与料柱单元(10)同心，保温筒(7)的上端设有保温盖(6)，保温筒(7)内设有固定在炉底(1)绝缘座上的筒形石墨发热体(8)，石墨发热体(8)底面两侧凸耳部各有一个导电杆连接孔，导电杆(15)上端穿过炉底(1)与石墨发热体(8)紧密连接，下端与电源汇流排(16)连接，石墨发热体(8)内底部设有石墨吊板(13)和石墨托架(14)，筒形沉积室(9)放置于石墨吊板(13)上，进气管(11)穿过炉底并伸入沉积室(9)中心。

2、根据权利要求1所述的制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，其特征是所述的料柱单元(10)的数量是3的倍数且座落在炉底(1)上，料柱单元(10)在炉体(2)内均匀分布且以中心为基准彼此与炉体(2)的中心或内壁等距。

3、根据权利要求1所述的制造飞机炭刹车盘的炭管式多料柱大型气相沉积炉，其特征是在保温筒(7)的上部、侧面以及料柱单元(10)的中心各设有一个测温或控温热电偶保护套管(5)、(12)、(17)，热电偶插在套管中。

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