RU2011700C1 - Device for application of high-melting coatings to fibrous materials - Google Patents

Device for application of high-melting coatings to fibrous materials Download PDF

Info

Publication number
RU2011700C1
RU2011700C1 SU5006126A RU2011700C1 RU 2011700 C1 RU2011700 C1 RU 2011700C1 SU 5006126 A SU5006126 A SU 5006126A RU 2011700 C1 RU2011700 C1 RU 2011700C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rollers
chambers
reaction
coating
pairs
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Килин
В.Н. Харламов
В.И. Костиков
А.В. Демин
А.Г. Кузьмин
В.П. Морозов
Г.Ф. Суховилов
Original Assignee
Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита filed Critical Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority to SU5006126 priority Critical patent/RU2011700C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2011700C1 publication Critical patent/RU2011700C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: device comprises feeding unit, degassing reactor, reaction chambers, closing elements, accumulating unit. Reaction chambers have a channel of rectangular section formed by four graphite wall-boards wherein uniform temperature field is created. EFFECT: improved design. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к химическому машиностроению, конкретно к устройствам высокотемпературного химического осаждения тугоплавких покрытий из газовой фазы на углеграфитовые волокнистые материалы. The invention relates to chemical engineering, specifically to devices for high-temperature chemical deposition of refractory coatings from the gas phase onto carbon-graphite fibrous materials.

Известны устройства для осаждения покрытий на волокнистые материалы. Эти устройства имеют реакционную камеру, приемное и загрузочное устройства [1] . Камера имеет водяное охлаждение и патрубки для ввода исходных компонентов и отвода продуктов пиролиза. При нанесении покрытий в таких устройствах электропроводный волокнистый материал, представляющий собой мононить или пряжу, нагревается за счет пропускания через него тока. Нить (пряжа) транспортируется через реакционную камеру, в которую одновременно подается исходная парогазовая смесь. Known devices for the deposition of coatings on fibrous materials. These devices have a reaction chamber, a receiving and loading device [1]. The chamber has water cooling and nozzles for input of the initial components and removal of pyrolysis products. When applying coatings in such devices, the electrically conductive fibrous material, which is a monofilament or yarn, is heated by passing current through it. The thread (yarn) is transported through the reaction chamber, into which the initial vapor-gas mixture is simultaneously fed.

Однако в таких устройствах распределение температурных полей по длине волокнистого материала крайне неравномерно, что не позволяет достичь достаточной равномерности осаждения покрытия на материале как по длине, так и по глубине, при непрерывной транспортировке его через реакционную камеру. However, in such devices, the distribution of temperature fields along the length of the fibrous material is extremely uneven, which does not allow to achieve a sufficient uniformity of deposition of the coating on the material both in length and in depth when it is continuously transported through the reaction chamber.

В патенте [2] рассматривается способ нанесения карбидокремниевого покрытия на нить в двухкамерной установке при атмосферном давлении с виброустройством для получения равномерного покрытия по глубине волокнистого материала. The patent [2] describes a method for applying silicon carbide coating on a thread in a two-chamber installation at atmospheric pressure with a vibration device to obtain a uniform coating along the depth of the fibrous material.

Однако наличие виброустройства усложняет установку. Кроме того, такая установка не позволяет наносить покрытия на ленты и ткани. Из-за перетекания газовых компонентов из камеры в камеру невозможно регулировать состав покрытия, а следовательно, и обеспечить стабильность свойств получаемого волокнистого материала с покрытием. However, the presence of a vibration device complicates the installation. In addition, this installation does not allow coating on tapes and fabrics. Due to the flow of gas components from chamber to chamber, it is impossible to control the composition of the coating and, therefore, to ensure the stability of the properties of the obtained fibrous material with a coating.

Известно устройство для осаждения покрытий на волокнистые материалы [3] , принятые в качестве прототипа, в котором камеры в виде цилиндрических труб соединены каналами с тефлоновыми муфтами. Каждая камера имеет продольное отверстие для прохода волокна и ртутное уплотнение, обеспечивающее термоизоляцию смежных камер и надежный электроконтакт нагреваемого волокна с источником питания. Каждая камера имеет два патрубка для подачи реакционных газов в камеру и перетекания газа из камеры в камеру по параллельному каналу. Имеется также устройство протяжки волокнистого материала. A known device for the deposition of coatings on fibrous materials [3], adopted as a prototype, in which the camera in the form of cylindrical pipes are connected by channels with Teflon couplings. Each chamber has a longitudinal opening for fiber passage and a mercury seal that provides thermal insulation of adjacent chambers and a reliable electrical contact of the heated fiber with a power source. Each chamber has two nozzles for supplying reaction gases to the chamber and gas flowing from the chamber to the chamber along a parallel channel. There is also a device for pulling fibrous material.

Однако данное устройство не позволяет получить равномерного осаждения покрытия на волокнистом материале в случае, если волокнистый материал представляет собой жгут или пряжу (лента, ткань) из-за местных перегревов или переохлаждения таких материалов в связи с их полиструктурой. Это относится, в частности, также и к углеграфитовым материалам (лента, жгут), состоящим из множества элементарных углеродных волокон диаметром 3-10 мкм. При транспортировке таких материалов, особенно при повышенных температурах имеет место воршение (чему способствует также наличие виброустройства), что дополнительно приводит к возникновению дополнительных участков материала с зонами местного перегрева и, как следствие, к более неравномерному осаждению покрытия. Состав покрытия не регулируется. However, this device does not allow uniform deposition of the coating on the fibrous material if the fibrous material is a bundle or yarn (tape, fabric) due to local overheating or supercooling of such materials due to their polystructure. This applies, in particular, also to carbon-graphite materials (tape, tow), consisting of many elementary carbon fibers with a diameter of 3-10 microns. When transporting such materials, especially at elevated temperatures, tearing occurs (which is also facilitated by the presence of a vibration device), which additionally leads to the appearance of additional sections of material with zones of local overheating and, as a result, to more uneven deposition of the coating. The composition of the coating is not regulated.

Необходимость получения тонких равномерных по толщине волокнистого материала и сплошных по его длине покрытий на основе различных тугоплавких материалов или соединений, получаемых методом осаждения из газовой фазы, связан с тем, что в дальнейшем волокнистые материалы с этими покрытиями используются как самостоятельно в качестве токопроводящих элементов в различных электротехнических устройствах, так и в качестве армирующих наполнителей для изготовления композиционных материалов на основе полимерной, углеродной, металлической, керамической и других матриц. Покрытия являются диффузионным барьером, защищающим волокнистые материалы от взаимодействия с той или иной матрицей и не изменяющим их физико-механических характеристик, или выполняют защитные функции в окислительной среде. The need to obtain thin coatings uniform in thickness and continuous along their length based on various refractory materials or compounds obtained by gas vapor deposition is associated with the fact that later fibrous materials with these coatings are used independently as conductive elements in various electrical devices, and as reinforcing fillers for the manufacture of composite materials based on polymer, carbon, metal, ker nomic and other matrices. Coatings are a diffusion barrier that protects fibrous materials from interaction with a particular matrix and does not change their physical and mechanical characteristics, or perform protective functions in an oxidizing environment.

Целью изобретения является повышение равномерности и сплошности осаждаемого покрытия. The aim of the invention is to increase the uniformity and continuity of the deposited coating.

Это достигается тем, что устройство для нанесения тугоплавких покрытий на волокнистые материалы, содержащее обогреваемые реакционные теплоизолированные камеры с патрубками подачи исходных реакционных газов и вывода отработанных газов, последовательно соединенные между собой каналами с запорными элементами, а также оснащенные средствами протяжки волокна, узел подачи и узел накопления, подключенные соответственно к первой и последней реакционным камерам, снабжено реактором дегазации, установленным перед первой реакционной камерой, каждая реакционная камера снабжена дополнительными стенками из графита, выполненными в виде плит, образующих сквозной канал прямоугольного сечения, при этом запорные элементы выполнены в виде двух пар плакированных термостойкой резиной роликов, установленных в канале герметично с его стенками с возможностью вращения, узлы подачи и накопления изолированы от атмосферы оболочкой, соответственно, подключены герметично к реактору дегазации и последней реакционной камере, при этом каждый канал снабжен патрубком, подключенным к нему снаружи в вертикальной плоскости касания пар роликов. This is achieved by the fact that a device for applying refractory coatings to fibrous materials, containing heated reaction insulated chambers with nozzles for supplying the initial reaction gases and exhaust gases, connected in series with each other by channels with shut-off elements, as well as equipped with fiber drawing means, a feed unit and a unit accumulation connected respectively to the first and last reaction chambers, equipped with a degassing reactor installed in front of the first reaction chamber, Each reaction chamber is provided with additional graphite walls made in the form of plates forming a through channel of rectangular cross section, while the locking elements are made in the form of two pairs of rollers clad with heat-resistant rubber, mounted in the channel hermetically with its walls for rotation, the feed and storage units are isolated from the atmosphere, the shell, respectively, is hermetically connected to the degassing reactor and the last reaction chamber, with each channel being equipped with a pipe connected to it in the vertical plane of the touch roller pairs.

Кроме того, в устройстве средства протяжки, установленные в узлах подачи и накопления, снабжены парами распределительных роликов, установленных фиксированно на осях вращения, при этом поверхности обоих роликов пары гофрированы кольцевыми проточками, причем кольцевые проточки одного из роликов пары смещены на величину шага распределения гофр относительно другого. In addition, in the device, the pulling means installed in the supply and accumulation units are provided with pairs of distribution rollers mounted fixed on the rotation axes, while the surfaces of both rollers of the pair are corrugated by annular grooves, and the annular grooves of one of the rollers of the pair are offset by the size of the distribution step of the corrugations relative to of another.

Проведение технологического процесса в такой изолированной системе позволяет обеспечить равномерность покрытия по глубине волокнистого материала, характеризующуюся отношением толщины покрытия волокон, находящихся в центре материала, к толщине покрытия на волокнах, находящихся на периферии, величиной не менее 0,75. Нужно подчеркнуть, что это достигается без использования различных виброустройств или раскладчиков волокон, которые, кроме того, невозможно применить в случае нанесения покpытия на тканый материал, и которые травмируют волокно, приводя к падению его прочности по сравнению с исходной прочностью непокрытого волокнистого материала. Carrying out the technological process in such an isolated system makes it possible to ensure uniformity of the coating along the depth of the fibrous material, characterized by the ratio of the coating thickness of the fibers located in the center of the material to the coating thickness on the fibers located on the periphery of not less than 0.75. It must be emphasized that this is achieved without the use of various vibration devices or fiber spreaders, which, in addition, cannot be used in the case of coating a woven material, and which injure the fiber, leading to a decrease in its strength compared to the initial strength of the uncoated fibrous material.

Введение реактора дегазации позволяет повысить равномерность и сплошность покрытия без существенного травмирования волокна до 0,95-1,0, а в некоторых случаях в зависимости от природы наносимого покрытия приводит и к повышению его прочности за счет удаления с поверхности волокна адсорбированных газов и других примесей, благодаря вакууму и температуре, создаваемым в реакторе дегазации. Равномерность покрытия можно повысить созданием различных технологических условий осаждения покрытия в камерах, а также путем варьирования технологических параметров (температуры, давления, соотношения исходных компонентов в парогазовой фазе и скорости транспортировки волокнистого материала через реакционную камеру) в каждой из камер. The introduction of a degassing reactor allows to increase the uniformity and continuity of the coating without significant damage to the fiber to 0.95-1.0, and in some cases, depending on the nature of the coating applied, leads to an increase in its strength due to the removal of adsorbed gases and other impurities from the fiber surface, thanks to the vacuum and temperature created in the degassing reactor. The uniformity of the coating can be improved by creating various technological conditions for the deposition of the coating in the chambers, as well as by varying the technological parameters (temperature, pressure, ratio of the starting components in the vapor-gas phase and the rate of transportation of fibrous material through the reaction chamber) in each of the chambers.

Выполнение стенок реакционных камер и реактора дегазации из графитовых плит, образующих канал прямоугольного сечения, позволяет повысить равномерность наносимого на волокнистые материалы покрытия за счет того, что прямоугольное прогреваемое рабочее пространство обеспечивает равномерность нагрева по всей поверхности протягиваемого через камеру волокнистого материала, направляемого эквидистантно этим стенкам. The implementation of the walls of the reaction chambers and the degassing reactor from graphite plates forming a rectangular channel allows to increase the uniformity of the coating applied to the fibrous materials due to the fact that the rectangular heated working space ensures uniform heating across the entire surface of the fibrous material stretched through the chamber directed equidistant to these walls.

Кроме того, выполнение нагревателя из графита позволяет обеспечить большие температуры в рабочей области и отсутствие вредных примесей, поскольку материал нагревателя не испаряется при высоких температурах. In addition, the implementation of the heater from graphite allows for high temperatures in the working area and the absence of harmful impurities, since the heater material does not evaporate at high temperatures.

Выполнение запорных элементов в виде двух пар плакированных термостойкой резиной роликов, установленных в соединительных каналах герметично, и подключение к ним канала для подвода инертных газов позволяют обеспечить также равномерность и чистоту покрытия, поскольку поддув газа через запорный элемент обеспечивает перепад давления до и после этого элемента и исключает обратный переток поступающего реакционного газа. Кроме того, такое расположение и такая конструкция запорных элементов обеспечивают транспортировку и обработку в реакторах волокнистого материала в виде жгутов и лент. The execution of the locking elements in the form of two pairs of rollers clad with heat-resistant rubber installed in the connecting channels is hermetic, and the connection of the channel for supplying inert gases to them also ensures uniformity and purity of the coating, since gas blowing through the locking element provides a pressure differential before and after this element and eliminates the reverse flow of the incoming reaction gas. In addition, such an arrangement and such a design of the locking elements provide transportation and processing in the reactors of fibrous material in the form of bundles and tapes.

Снабжение средств протяжки парами распределительных роликов с гофрированной поверхностью обеспечивает равномерность намотки и подачи волокон, что также положительно сказывается на равномерности нанесения покрытия, поскольку волокна не переплетаются между собой, и тем самым не допускаются их воршение и обрыв. The supply of pulling means by pairs of distribution rollers with a corrugated surface ensures uniformity of winding and feeding of fibers, which also positively affects the uniformity of the coating, since the fibers are not intertwined, and thus they are not torn and broken.

По сведениям, полученным в результате поиска, указанные отличительные признаки описываемого устройства в другой совокупности и с теми же свойствами не встречаются в технических решениях, что дает основание считать предложенное устройство соответствующим критерию "существенные отличия". According to the information obtained as a result of the search, the indicated distinguishing features of the described device in another set and with the same properties are not found in technical solutions, which gives reason to consider the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для нанесения тугоплавких покрытий на волокнистые материалы; на фиг. 2 - часть реакционной камеры со стенками, образующими нагревательный элемент, ограничивающий реакционное пространство камеры; на фиг. 3 - приспособление для обеспечения равномерной транспортировки через камеры и укладки в узле накопления на приемную катушку, например, углеродного волокнистого материала в виде навоя; на фиг. 4 - ловушка для улавливания и нейтрализации агрессивных составляющих отходящих газов. In FIG. 1 is a schematic diagram of a device for applying refractory coatings to fibrous materials; in FIG. 2 - part of the reaction chamber with walls forming a heating element, limiting the reaction space of the chamber; in FIG. 3 - a device for ensuring uniform transportation through the chambers and stacking in the storage unit on the receiving coil, for example, carbon fiber material in the form of a navoi; in FIG. 4 - trap for capturing and neutralizing aggressive components of the exhaust gases.

Устройство для нанесения тугоплавких покрытий на волокнистые материалы содержит реактор 1 дегазации, герметично соединенный каналами с реакционными теплоизолированными камерами 2 и 3 нагревательными графитовыми стенками 4 в виде плит, образующих полость камеры прямоугольного сечения, узел 5 подачи и узел 6 накопления волокна, два запорных элемента 7, средства протяжки волокна, в которых установлены приспособления 8 для равномерной транспортировки волокна, патрубки 9 для поддува инертного газа в запорные элементы. Запорные элементы выполняются из двух пар плакированных термостойкой резиной роликов, установленных в канале герметично с его стенками с возможностью вращения. Патрубки 9 для поддува инертного газа подключены к запорным элементам снаружи в вертикальном положении касания пар роликов, имеются патрубки 10 для подачи исходных компонентов в реакционную камеру, патрубки 11 для откачки установки и удаления отходящих газов, установленные до и после соответственно системы ловушек 12 для нейтрализации и улавливания агрессивных составляющих отходящих газов и вакуумных насосов (на схеме не показаны) для обеспечения требуемого остаточного давления в реакционных камерах, подсоединенных к патрубкам 11. A device for applying refractory coatings to fibrous materials contains a degassing reactor 1, hermetically connected by channels with reaction heat-insulated chambers 2 and 3 by heating graphite walls 4 in the form of plates forming a cavity of a rectangular chamber section, a feed unit 5 and a fiber storage unit 6, two locking elements 7 , fiber broaching means, in which devices 8 are installed for uniform fiber transportation, nozzles 9 for blowing inert gas into the shut-off elements. The locking elements are made of two pairs of rollers clad with heat-resistant rubber, mounted in the channel hermetically with its walls for rotation. The nozzles 9 for inert gas blowing are connected to the shut-off elements on the outside in a vertical position of touching the pairs of rollers, there are nozzles 10 for supplying the starting components to the reaction chamber, nozzles 11 for pumping the installation and removing exhaust gases, installed before and after the trap system 12 for neutralizing and capture aggressive components of the exhaust gases and vacuum pumps (not shown in the diagram) to provide the required residual pressure in the reaction chambers connected to the nozzles 11.

Реактор дегазации выполнен аналогично реакционным камерам, но имеет другое функциональное назначение. The degassing reactor is made similar to the reaction chambers, but has a different functionality.

Образованный четырьмя графитовыми досками - стенками 13 и 14 канал прямоугольного сечения реакционной камеры, являющийся нагревательным элементом, позволяет создать в камерах равномерное температурное поле, чем достигается равномерность нанесения покрытия на волокнистые материалы по их ширине. Доски 13 и 14 плотно прижаты друг к другу с помощью клиновидных сухарей 15, изготовленных из графита. Токоподводы 16 имеют водоохлаждаемые рубашки и выполнены с посадочными гнездами для сухарей 15. The channel of a rectangular cross section of the reaction chamber, which is a heating element, formed by four graphite boards - walls 13 and 14, allows you to create a uniform temperature field in the chambers, which ensures uniform coating on the fibrous materials across their width. Boards 13 and 14 are tightly pressed against each other using wedge-shaped crackers 15 made of graphite. Current leads 16 have water-cooled shirts and are made with landing nests for crackers 15.

Средства протяжки волокна снабжены приспособлением для равномерной транспортировки через реакционные камеры и укладки волокна в виде навоя на приемную катушку (фиг. 3), представляют собой пару распределительных эбонитовых роликов 17, поверхность которых гофрирована кольцевыми проточками 18 для жгутов. Острые кромки проточек притуплены. Ролики установлены на осях 19, закрепленных на Т-образном кронштейне 20, и смещены относительно друг друга на величину шага распределения гофр (величина шага определяется текстильными параметрами жгута - количество и диаметр элементарных волокон). Кронштейн крепится в узлах подачи и накопления (фиг. 1). При такой конструкции волокно равномерно подается в реактор, далее в реакционные камеры и затем плотно и равномерно укладывается на приемную катушку. The fiber broaching means is equipped with a device for uniform transportation through the reaction chambers and stacking the fiber in the form of Navoi on the receiving coil (Fig. 3), are a pair of distribution ebonite rollers 17, the surface of which is corrugated by annular grooves 18 for bundles. The sharp edges of the grooves are blunted. The rollers are mounted on the axes 19, mounted on a T-shaped bracket 20, and are offset relative to each other by the size of the distribution step of the corrugations (the size of the step is determined by the textile parameters of the bundle - the number and diameter of elementary fibers). The bracket is mounted in the nodes of the supply and accumulation (Fig. 1). With this design, the fiber is uniformly fed into the reactor, then into the reaction chambers, and then tightly and evenly placed on the receiving coil.

Система улавливания и нейтрализации агрессивных составляющих и твердых частиц в отходящих газах представляет собой три последовательно соединенные однотипные ловушки (фиг. 4). Ловушка имеет стальной корпус 21 с коническим днищем, входной Г-образный 22 и выходной 23 патрубки с фланцами для подсоединения, крышку 24 для заливки реагентов и чистки ловушки, сливной люк 25 для выгрузки отходов, отбойник 26, размещенный в корпусе 21 ловушки на входном патрубке 22, и дозирующую насадку 27 (также на входном патрубке 22) для создания заданной скорости газового потока в ловушке. Каждая из ловушек несет свою технологическую функцию очистки, - первая ловушка по ходу газового потока от печи к вакуум-насосу служит для улавливания крупных твердых частиц, вторая служит для мокрой нейтрализации агрессивных составляющих отходящих газов за счет водного раствора щелочи 23, заливаемого в коническую часть корпуса 21. The system for capturing and neutralizing aggressive constituents and solid particles in the exhaust gases consists of three series-connected traps of the same type (Fig. 4). The trap has a steel body 21 with a conical bottom, an inlet L-shaped 22 and an outlet 23 nozzles with flanges for connection, a cover 24 for pouring reagents and cleaning the trap, a drain hatch 25 for unloading waste, a chimney 26, located in the trap body 21 at the inlet nozzle 22, and a metering nozzle 27 (also on the inlet pipe 22) to create a predetermined velocity of the gas flow in the trap. Each of the traps has its own technological function of cleaning, - the first trap along the gas flow from the furnace to the vacuum pump is used to trap large solid particles, the second is used to neutralize the aggressive components of the exhaust gases through an aqueous solution of alkali 23, poured into the conical part of the body 21.

Процесс нанесения покрытий на волокнистые материалы на установке осуществляется следующим образом. The process of coating fibrous materials in the installation is as follows.

Волокнистый материал на катушке в виде навоя помещается в узел 5 подачи, и волокно с помощью специального приспособления последовательно через средство протяжки, реактор 1 дегазации, реакционные камеры 2 и 3, запорные элементы 7 протягивается в узел 6 накопления, где затем протягивается через средство протяжки с приспособлением 8 для равномерной транспортировки и крепится на приемной катушке узла накопления. Узлы подачи и накопления волокна закрыты оболочкой от атмосферы и герметично подсоединены соответственно к реактору дегазации и последней реакционной камере. Установка вакуумируется, подается вода на охлаждение реакционный камер. The fibrous material on the spool in the form of a navoi is placed in the feed unit 5, and the fiber, using a special device, is sequentially through the pulling means, degassing reactor 1, reaction chambers 2 and 3, the shut-off elements 7 are pulled into the accumulation unit 6, where it is then pulled through the pulling means with device 8 for uniform transportation and is mounted on the receiving coil of the accumulation unit. Fiber supply and accumulation units are sheathed from the atmosphere and hermetically connected to the degassing reactor and the last reaction chamber, respectively. The installation is evacuated, water is supplied to cool the reaction chambers.

Транспортное устройство осуществляет протяжку с заданной скоростью волокнистого материала в зависимости от его химического состава. Включается нагрев реакционных камер и по программе для каждой камеры в зависимости от состава осаждаемого покрытия выводится на соответствующую температуру. The transport device carries out broaching with a given speed of fibrous material, depending on its chemical composition. The reaction chambers are turned on and according to the program for each chamber, depending on the composition of the deposited coating, it is displayed at the corresponding temperature.

Для получения двухслойного покрытия, например, из карбидов кремния и титана толщиной порядка 50 мм каждое покрытие наносится на углеродное волокно марки ВМН-4. В реакторе 1 дегазации температура должна быть в пределах 1273-1473 К для удаления замасливателя и дегазации волокна, а в камерах 2 и 3 1623+10 К. При достижении заданных температур в реакционных камерах корректировали скорость транспортировки углеродного волокна постепенно, одновременно в запорные элементы 7 подавали водород. Исходная парогазовая смесь подавалась в реакционную камеру 2 (состава: тетрахлорид кремния, метан, водород в мольном соотношении 1: 2: 10) и в камере устанавливали необходимое давление. Затем подавали исходную парогазовую смесь другого состава в реакционную камеру 3, в которой устанавливали заданное для данной камеры давление. To obtain a two-layer coating, for example, of silicon and titanium carbides with a thickness of the order of 50 mm, each coating is applied to a VMN-4 carbon fiber. In the degassing reactor 1, the temperature should be in the range 1273-1473 K to remove the sizing and degassing the fiber, and in chambers 2 and 3 1623 + 10 K. When reaching the set temperatures in the reaction chambers, the carbon fiber transportation speed was adjusted gradually, simultaneously to the shut-off elements 7 hydrogen was supplied. The initial vapor-gas mixture was fed into the reaction chamber 2 (composition: silicon tetrachloride, methane, hydrogen in a molar ratio of 1: 2: 10) and the necessary pressure was set in the chamber. Then, the initial vapor-gas mixture of a different composition was fed into the reaction chamber 3, in which the pressure set for this chamber was set.

В процессе осаждения покрытия осуществляется непрерывный контроль параметров процесса: температура, давление, скорость подачи волокнистого материала, расход исходных компонентов. Процесс заканчивается после нанесения покрытия на исходное углеродное волокно. Затем осуществляется последовательное отключение механизма транспортировки, нагрева реакционных камер, подача реагентов и по охлаждении реакционных камер до комнатной температуры, последовательно перекрываются вакуумные задвижки, отключаются вакуум-насосы, водяное охлаждение, установка разгерметизируется и перезагружается. In the process of coating deposition, continuous monitoring of process parameters is carried out: temperature, pressure, feed rate of the fibrous material, flow rate of the starting components. The process ends after coating the starting carbon fiber. Then, the transportation mechanism, heating of the reaction chambers is sequentially turned off, reagents are supplied and the reaction chambers are cooled to room temperature, the vacuum valves are closed in series, the vacuum pumps and water cooling are turned off, the installation is depressurized and rebooted.

После этого осуществляется контроль качества полученного волокнистого материала с покрытием и оценка сплошности покрытия: химический анализ волокна с покрытием, оценка толщины покрытия расчетным методом и с помощью электронного сканирующего микроскопа как на периферии волокнистого материала, так и в центре материала, определение удельной поверхности и др. After that, quality control of the obtained coated fibrous material is carried out and coating continuity is assessed: chemical analysis of the coated fiber, estimation of the coating thickness by the calculation method and using an electronic scanning microscope both at the periphery of the fibrous material and in the center of the material, determination of the specific surface, etc.

Ниже рассматриваются для сравнения примеры осуществления технологических процессов нанесения покрытия на волокнистый материал на примере нанесения карбидокремниевого покрытия на углеродное волокно марки ВМН-4 из парогазовой фазы состава моносилан - метан - водород - аргон и состава тетрахлорид кремния - метан - водород. Below we consider for comparison examples of technological processes for coating a fibrous material using the example of silicon carbide coating on a carbon fiber of VMN-4 grade from the vapor-gas phase of the composition monosilane - methane - hydrogen - argon and the composition of silicon tetrachloride - methane - hydrogen.

П р и м е р 1. Углеродный жгут предварительно дегазируется при 1573 К, остаточном давлении 50 Па и скорости транспортировки 20 м/ч. PRI me R 1. A carbon tow is pre-degassed at 1573 K, a residual pressure of 50 Pa and a transport speed of 20 m / h.

Покрытие из карбида кремния осаждают из парогазовой фазы состава моносилан - метан - водород - аргон, взятые в мольном соотношении 1: 15: 95: 9, последовательно в две стадии, сначала при температуре 1573 К, затем путем реверса углеродного жгута при температуре 1673 К, в обоих случаях при остаточном давлении 100 Па и скорости транспортировки углеродного волокна 10 м/ч в однокамерной установке с трубчатым графитовым нагревателем. A silicon carbide coating is deposited from the vapor-gas phase of the composition monosilane - methane - hydrogen - argon taken in a molar ratio of 1: 15: 95: 9, sequentially in two stages, first at a temperature of 1573 K, then by reversing the carbon tow at a temperature of 1673 K, in both cases, with a residual pressure of 100 Pa and a carbon fiber transport speed of 10 m / h in a single-chamber installation with a tubular graphite heater.

При повышении прочности углеродного волокна с покрытием на ≈20% по сравнению с прочностью исходного углеродного волокна и средней толщине покрытия ≈75 нм соотношение толщин покрытия на элементарных волокнах равно ≈1,00. With an increase in the strength of the coated carbon fiber by ≈20% compared with the strength of the initial carbon fiber and the average coating thickness of ≈75 nm, the ratio of coating thicknesses on elementary fibers is ≈1.00.

П р и м е р 2. Углеродный жгут предварительно дегазируется при 1573 К, остаточном давлении 50 Па и скорости транспортировки 20 м/ч. PRI me R 2. The carbon tow is pre-degassed at 1573 K, a residual pressure of 50 Pa and a transport speed of 20 m / h.

Покрытие из карбида кремния осаждают из парогазовой фазы состава тетрахлорид кремния - метан - водород, взятых в соотношении 1: 2: 18, последовательно в две стадии, сначала при температуре 1573 К, затем путем реверса углеродного жгута при температуре 1653 К, в обоих случаях при остаточном давлении 10-14 кПа и скорости транспортировки углеродного волокна 30 м/ч в однокамерной установке с трубчатым графитовым нагревателем. A silicon carbide coating is deposited from the vapor-gas phase of the composition silicon tetrachloride - methane - hydrogen, taken in the ratio 1: 2: 18, sequentially in two stages, first at a temperature of 1573 K, then by reversing the carbon tow at a temperature of 1653 K, in both cases a residual pressure of 10-14 kPa and a carbon fiber transport speed of 30 m / h in a single-chamber installation with a tubular graphite heater.

При повышении прочности углеродного волокна с покрытием на ≈20% по сравнению с прочностью исходного углеродного волокна и средней толщине покрытия ≈75 нм соотношение толщин покрытий на элементарных волокнах равно ≈1,00, т. е. достигается тот же эффект, что и в примере 1. With an increase in the strength of the coated carbon fiber by ≈20% compared with the strength of the initial carbon fiber and the average coating thickness of ≈75 nm, the ratio of coating thicknesses on elementary fibers is ≈1.00, i.e., the same effect is achieved as in the example 1.

Реализация углеродных волокон с карбидокремниевым покрытием, например, в композиционном материале на основе металлической матрицы (сплав 1911) показала, что прочность при растяжении такого композиционного материала выше на 20-30% , чем прочность композиционного материала, полученного при армировании сплава 1911 углеродным волокном с неравномерным покрытием. The implementation of carbon fibers with a silicon carbide coating, for example, in a composite material based on a metal matrix (alloy 1911) showed that the tensile strength of such a composite material is 20-30% higher than the strength of the composite material obtained by reinforcing alloy 1911 with carbon fiber with uneven coated.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить равномерность и сплошность осаждаемого покрытия, а также создать возможность варьирования состава покрытия и в результате получать композиционные материалы на основе этих волокнистых материалов с тугоплавкими покрытиями, обладающими высокими эксплуатационными характеристиками. (56) 1. Патент Англии N 1122645, кл. С 1 А К 4, заявлено 12.08.65. Thus, the present invention allows to increase the uniformity and continuity of the deposited coating, as well as to create the possibility of varying the composition of the coating and as a result to obtain composite materials based on these fibrous materials with refractory coatings with high performance characteristics. (56) 1. Patent of England N 1122645, cl. C 1 A K 4, announced 12.08.65.

2. Патент ФРГ N 3423166, кл. D 01 F 11.10; 9/08, заявлено 30.06.86. 2. The patent of Germany N 3423166, class. D 01 F 11.10; 9/08, claimed 30.06.86.

3. Патент Англии N 1266481, кл. С 7 F, заявлено 23.01.70. 3. England patent N 1266481, cl. C 7 F, claimed Jan 23, 1970.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ ПОКРЫТИЙ НА ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ, содержащее обогреваемые реакционные теплоизолированные камеры с патрубками подачи исходных реакционных газов и вывода отработанных газов, последовательно соединенные между собой каналами с запорными элементами, а также оснащенные средствами протяжки волокна узел подачи и узел накопления волокна, подключенные соответственно к первой и последней реакционным камерам, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит реактор дегазации, установленный перед первой реакционной камерой, при этом запорные элементы выполнены в виде двух пар плакированных термостойкой резиной роликов, установленных в канале герметично с его стенками с возможностью вращения и эквидистантной транспортировки волокнистого материала через реакционные камеры, причем каждая реакционная камера снабжена дополнительно стенками из графита, выполненными в виде плит, образующих сквозной канал прямоугольного сечения, при этом графитовые стенки камер эквидистантны горизонтальной плоскости касания пар роликов, а узлы подачи и накопления выполнены герметичными и подсоединены соответственно к реактору дегазации и к последней реакционной камере. 1. DEVICE FOR APPLICATION OF REFRIGERATING COATINGS ON FIBROUS MATERIALS, containing heated reaction heat-insulated chambers with nozzles for supplying the initial reaction gases and exhaust gases, connected in series with each other by channels with shut-off elements, as well as a fiber feed unit and fiber storage unit equipped with fiber drawing means, connected respectively, to the first and last reaction chambers, characterized in that it further comprises a degassing reactor installed in front of the first the reaction chamber, while the locking elements are made in the form of two pairs of rollers clad with heat-resistant rubber mounted in the channel hermetically with its walls with the possibility of rotation and equidistant transportation of fibrous material through the reaction chambers, each reaction chamber is additionally equipped with graphite walls made in the form of plates forming a through channel of rectangular cross section, while the graphite walls of the chambers are equidistant to the horizontal plane of contact of the pairs of rollers, and the feed nodes and akopleniya are sealed and are respectively connected to the reactor and degassing the last reaction chamber. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый канал снабжен патрубком, подключенным к нему снаружи в вертикальной плоскости касания пар роликов. 2. The device according to p. 1, characterized in that each channel is equipped with a pipe connected to it from the outside in a vertical plane of contact of the pairs of rollers. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что средства протяжки снабжены парами распределительных роликов, установленных фиксированно на осях вращения, при этом поверхности обоих роликов имеют кольцевые проточки, которые на одном из роликов смещены относительно кольцевых проточек другого ролика на величину шага распределения проточек. 3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the broaching means are provided with pairs of distribution rollers mounted fixed on the axis of rotation, while the surfaces of both rollers have annular grooves, which are displaced on one of the rollers relative to the annular grooves of the other roller by the size of the distribution groove pitch.
SU5006126 1991-10-17 1991-10-17 Device for application of high-melting coatings to fibrous materials RU2011700C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5006126 RU2011700C1 (en) 1991-10-17 1991-10-17 Device for application of high-melting coatings to fibrous materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5006126 RU2011700C1 (en) 1991-10-17 1991-10-17 Device for application of high-melting coatings to fibrous materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2011700C1 true RU2011700C1 (en) 1994-04-30

Family

ID=21587253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5006126 RU2011700C1 (en) 1991-10-17 1991-10-17 Device for application of high-melting coatings to fibrous materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2011700C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717450C2 (en) * 2015-11-19 2020-03-23 Сафран Серамикс Device for application of coating on one or several threads by method of deposition from vapour phase
RU2717620C2 (en) * 2015-11-19 2020-03-24 Сафран Серамикс Device for application of coating on one or several threads by method of deposition from vapour phase

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717450C2 (en) * 2015-11-19 2020-03-23 Сафран Серамикс Device for application of coating on one or several threads by method of deposition from vapour phase
RU2717620C2 (en) * 2015-11-19 2020-03-24 Сафран Серамикс Device for application of coating on one or several threads by method of deposition from vapour phase

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8679592B2 (en) System to continuously produce carbon fiber via microwave assisted plasma processing
US20040089237A1 (en) Continuous chemical vapor deposition process and process furnace
US20160229758A1 (en) Continuous chemical vapor deposition/infiltration coater
AU2015355369B2 (en) Continuous carbonization process and system for producing carbon fibers
US20120009355A1 (en) Method and apparatus for stabilizing a coating
EP0516051B1 (en) Method for continuous production of carbon fiber using calcining furnace
RU2319680C2 (en) Method and installation used for the high-temperature thermal treatment and sealing of carbonic constructions by the chemical infiltration from the gaseous phase
RU2011700C1 (en) Device for application of high-melting coatings to fibrous materials
US4020273A (en) Vertical pyrolysis furnace for use in the production of carbon fibers
CN111511704B (en) Method and apparatus for depositing a coating on continuous fibers
US5141595A (en) Method and apparatus for carbon coating and boron-doped carbon coating
CN108385087A (en) A method of it is continuous, quick to prepare SiC fiber surface BN coatings
JP2012136761A (en) Vacuum deposition device
Militzer et al. Deposition of an organic–inorganic hybrid material onto carbon fibers via the introduction of furfuryl alcohol into the atomic layer deposition process of titania and subsequent pyrolysis
JP5582978B2 (en) Gas discharge device for reaction chamber
US3689220A (en) Process for carbonizing fibrous cellulosic material
RU2085628C1 (en) Apparatus for modification of carbonic fibrous material surfaces in gaseous atmosphere
CN1329566C (en) Method and installation for heat treating carbon bodies containing sodium
US3367640A (en) Heating assembly for heat-treating or graphitizing continuously moving materials and process of heat-treating and/or graphitizing flexible fibrous materials
JP4209963B2 (en) Carbonization furnace for carbon fiber firing
JPH02115363A (en) Plasma treatment-vacuum deposition device
JPH0293068A (en) Continuous pvd apparatus
JPH04214050A (en) Method and device for depositing carbon layer on glass fiber and glass fiber obtained by said method
KR20190057718A (en) Deposition equipment for parylene with
JP2004124297A (en) Filament yarn baking apparatus