TWI352132B - Controlling or modeling a chemical vapor infiltrat - Google Patents

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TWI352132B
TWI352132B TW093111921A TW93111921A TWI352132B TW I352132 B TWI352132 B TW I352132B TW 093111921 A TW093111921 A TW 093111921A TW 93111921 A TW93111921 A TW 93111921A TW I352132 B TWI352132 B TW I352132B
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Description

uyznz 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 材之氣孔内 本發明涉及用藉由化學蒸氣滲透（CVI)在基 沈澱之熱裂解碳（PyC)壓實多孔基材。 【先前技術】 本發明之特定應用領域係用複合材料藉由壓實多孔纖维 基:[特別係用碳纖維製造之基材製造零件，言亥多孔纖維 係藉由化學蒸氣滲透所獲得之PyC基質進行壓實者。這産生 碳㈣（C/C)複合材料零件。由於其熱結構性能，C/C複合材 料適用於製造在運行t暴露於高溫下易受影響之構件，特 別k用於發動機之零件或宇宙空間領域之結構元件。 複=材料之摩擦特性同樣使它們適用於構成用於刹車和離 合器之摩擦零件，特別係用於飛機和陸地車輛之制動盤。 Λ化千瘵氣滲透方法已爲吾人所熟知。其包括在爐内放 置—或多種用於遂實之多孔基材，於該爐中引入一種反應 亂體，該反應氣體含有至少一種須在該基材氣孔内沈積之 基質材料前體之組分。確定流速、溫度及壓力條件，使該 氣體能夠在該基材之氣孔中擴散並且藉由該氣體之一種組 为分解或藉由該氣體之多種組分一起反應在其中形成所需 沈積。 爲了形成PyC基質，使用之反應氣體包含一或多種適用於 藉由分解生成碳沈積之氣態烴類β該反應氣體之典型實例 係甲烷和丙烷之混合物，其中該丙烷作爲構成PyC主要來源 之"摻雜物’’’而甲烷基本上作爲一種稀釋劑，促使氣體擴 92860.doc 1352132 散進入基材氣孔内，並且也提供_小部分沈積pyc。該pyc ⑽方法(一種藉由CVI方法沈積PyC基質之方法)通常係在 溫度爲95(TC至11()(rC、壓力爲小於1()kpa之條件下進行。 存在數種PyCCVI方法，並且特別係等溫方法和溫度梯度 法。 在該等溫方法中，用於壓實之基材始終維持在同一溫度 下，亦即在其整個體積上溫度基本上係均一&。該種方= 之缺點在於實際上不可能獲得均—壓實。該基f材料傾向 於優先在接近基材外表面之氣孔内沈積。表面氣孔逐漸阻 塞使得該反應氣體進入基材内部越來越困難，並且結果係 在該基材表面和核心、之間存在壓實梯度。在該壓實方法過 程中，爲了使其表面氣孔開放，一或多次加工該表面或從 該基材上除去外殼實際上係可能的。然而從該壓實裝置中 取出該基材’冷卻 '除去其外殼、重新將該基材插入該裝 置、並且恢復所要求之溫纟，必須中斷該方法一段時間。 因此’等温PyC CVI方法之持續時間尤其長。王業上，使用 該種方法壓實諸如用於飛機之c/c複合物圓盤刹車零件通 常需要數百小時。 採用溫度梯度方法，有可能在相當大程度上限制上述等 溫方法之缺點。在處於較高溫度之基材内部和暴露於反應 氣體之基材表面之間建立溫度差異。接著該基f材料優Z 在較熱之内部逐漸沈積。藉由控制基材表面溫度使其保持 在氣體分解或反應閥值溫度以了，至少在該壓實方法開始 時之部分過程中’有可能保證隨著該方法之連續進行，壓 92860.doc 1352132 實從該基材内部向表面發展。在已知方法中，該溫度梯度 可以藉由在感文器周圍放置一或多種基材獲得，該感受器 用與忒感受器相接觸之基材内面與感應線圈耦合在一起。 當該基材性能使得其可能時，在壓實過程中藉由在感應線 圈和基材之間直接電感耦合而獲得溫度梯度也係可能的。 那些技術在專利文件FR-A_2 711 647*US_A_5 348 774中有 詳細播述。 在文件US 5 348 774甲，隨著壓實向前發展，該基材藉由 感父器耗5和基材直接_合加熱。在該文件中提供裝置用 於連續測量基材重量之變量以便監視該壓實方法如何進 行作爲測里重里變量之函數，該方法，特別係有關其持 續時間’可以藉由對壓實操作之參數特別係輸送至該感應 線圈之功率採取措施進行優化。監測基材重量變量還可以 用來確定該麼實方法何時結束。肖等溫方法㈣，該溫度 梯度法蜂實能夠獲得不均勻性較小之壓實’然而其僅僅可 以用特疋形狀之基材實現，並且特別係用環形基材。 在整個CVI過程中改變壓實參數在專利文獻us 6 〇〇1 :有提及。Μ文件提供—種控制沈積材料㈣構之方法。 田材料係PyC時’衆所周知藉由改變渗透條件’特別有可能 獲得光滑薄片狀類型、深黑薄片狀類型、粗㈣片狀類型 或各向同性類型之高溫碳。該高溫碳之微結構對於該壓實 基材之性能係重要㈣。因此，對於碳/碳複合材料。零件， 具有粗梭薄片狀類型之微結構經常係理想的，特別係由於 其猎由熱處理容易轉化爲石墨。 92860.doc 丄 專利文獻US 6 001 419之方法可有效控制沈積PyC之微結 構’其還同時存在可使壓實方法之總持續時間明顯減少之 優點。該壓實參數根據一預先確定之模型而變化。 【發明内容】 本發明之一個目的係提供—種能夠即時控制或模擬（也 就疋預先確定）用熱解碳壓實多孔基材之方法，以便優化滲 透參數，特別係降低壓實之總持續時間。 更具體而言，本發明尋求在考慮發生化學蒸氣滲透過程 之真實條件T，以自適應方式獲得該種控㈣該種模擬。 該目的藉由控制或模擬一過程之方法獲得，其包括：在 爐内放置-種包括一或多種待壓實之多孔基材之裝料； 該反應氣體包含 加熱該基材；於爐内引入一種反應氣體 至少一種碳-前體之烴類；調節爐内壓力使氣體在該加熱基 材之氣孔内擴散以便在其中形成熱裂解碳之沈積；並且從 該爐經一個連接到該爐出口之抽氣管抽出排出氣體； 其中’根據本發明，該方法包括在該排出氣體中測量選 自丙二烯、丙炔和苯之至少一種化合物之含量；並且，作 爲該測量含量之函數，藉由調節選自以下至少一個參數控 制該方法：反應氣體引入該爐之流速、氣體之至少一種組 刀引入該爐之W速、氣體經過該爐之運行時間、對該基材 之加熱溫度及爐内壓力Q ' 請人顯示’在包含於由反應氣體組分之分解和 重排所得到之排出氣體中之氣體種類中n、丙块和 苯構成熱裂解碳沈積速率之優良指示劑， 而且在該排出氣 92860.doc 10 1352132 體令，這些化合物之含量可以相當容易地測量。 本發明方法使即時優化該方法成爲可能，使該方法直至 獲得所需密度之總持續時間減少。除了製造壓實零件所+ 時間減少外，並且因此對於壓實裝置，可獲得更大之有2 性，本發明方法可用作任何既定壓實周期以便在加熱所需 忐置和反應氣體消耗量方面獲得明顯節約。 該方法可以方便地控制以便使測量含量維持在基本恆定 之數值。 β該丙二稀、丙块或苯之含量可以在_個與排出氣體抽氣 官亚聯之管道中測量。例如測量可以藉由氣相色譜法進行。 在本發明之具體實施方案中，控制係藉由調節反應氣體 ••速或該孔體之一種組分之流速，以其作爲測得丙二烯或 丙炔含量之函數進行。 在本發明之另一具體實施方案中，控制係藉由調節氣體 之溫度、壓力或運行時間，以其作爲測得之苯含量之函數 而進行。 々氣體ι括至種熱裂解碳前體，該熱裂解碳前體較佳 爲遠自烧煙、块和鍵嫌竺 鍵料’尤其係選自在甲烧或天然氣中 3在—惰性氣體例如氮中稀釋之丙院、丁烧和乙烧。 同樣有利地，該厚眘tA , 丄 — 實方法之結束係藉由在該測量含量中 調節所選參數控制變量蠻 * 里支仔不可旎而檢測的。這使得可能 確定該壓實方法之持續時間。 本發明方法使在—化風—^ ^ 化予療氣滲透裝置中即時並以自適應 万式控制一或多稽其S" 種基材之壓實條件成爲可能。 92860.doc 1352132 對於種既疋化學蒸氣渗透裝置和對於一種典型基材穿 料:本發明方法使藉由進行一或多種初始壓實周期來模擬 β玄壓實方法成爲可能。對於如此預定義之參數變量之模型 或杈板儲存用於隨後相似基材裝料之應用而不必分析排出 氣體。在模擬步驟中，亦可儲存視需要測定之壓實方法之 持續時間》 【實施方式】 本發明將藉由下列非限制提示並參考附圖加以說明而更 易理解。 —種化學蒸氣滲透裝置極概略地圖示於圖1中。 用於壓貫之多孔基材10放置在包括一圓柱形側壁14、一 底壁16及一蓋18之爐12内。該壁14由石墨所組成並且構成 與感應線圈20電感耦合之感受器，該感應線圈2〇與壁丨斗藉 由絕緣體22分離。該元件設在金屬殼（未顯示）内。 舉例而言’該基材1 〇係用碳纖維製造之環形預製體。該 預製粗以垂直豐加方式佈置，相互之間藉由隔離物定距離 Ρ南開。 種反應氣體短連接至位於底部16之進料口之進料管24 引入該爐。在爐内’氣體在到達裝載基材10之區域13之前 經過預熱器區域11。舉例而言，該預熱器區域包括一種升 溫至爐溫之許多穿孔石墨板。該反應氣體在到達裝卸區之 前與這些板接觸進行預熱。 排出氣體經由穿過蓋18並且連接至抽氣管26之開口之排 出孔抽出。該管子連接該爐至抽氣裝置28，諸如一泵。_ 92860.doc 1352132 個安裝在管26上之閥門29能夠,y 。可以從 ’特別係 b到调即爐内壓力水平 該吸引裝置沿著管26上游安货 ,^ 文裝—或多種淨化設備 一種焦油收集解（未顯示）。 忒反應乳體措由一種氣體混合 ^ 物組成，其組分存儲於圓 向或貯槽30、32中。舉例而古， °有可此使用一種藉由曱烷 4)和丙烧（C3H8)混合物組成之氣體。然後該丙院•雜y 氣體組成熱裂解碳之主要前體，該熱裂解碳藉由一在爐内 溫度和壓力條件下發生之分解過裎而産生。甲㈣揮促進 氣體在基材氣孔内擴散之稀釋作用，並且它同樣有助於少 量形成Pyc m察到T wc4Hi。）、丙烯或乙烧（c邮 亦可代替或與丙烧-起用作摻雜氣體。閥門34和36安裝在 連接甲烧和丙;^貯槽30和32至進料；!；之f 38和4G上以便使 調節甲烷和丙烷之各自質量流量成爲可能。該閥門34和36 藉由一控制電路42進行控制。該電路同樣連接至閥門29以 便控制爐内壓力並且連接至用於向感應線圏2〇供電之電路 44以便控制爐内加熱功率。該爐裝備有溫度和壓力傳感器 (未顯不）’對控制電路42提供代表爐溫度和壓力之信號。該 溫度傳感器可以藉由至少一個藉由蓋18支撐並且測量基材 表面溫度之光學高溫計組成。該壓力傳感器可以安裝在該 爐出口處。 如上所述種類之裝置本質上爲吾人所熟知。 _ 一管道46與抽氣管26並聯連接。一裝置48安裝在管道46 上兩個閥門47和49之間以便在排出氣體中測量一或多種所 選種類氣體含量，其代表在該基材1〇内之PyC沈積之速率。 92860.doc 13 1352132 舉例而$ ，該測量裝置係一氣相色譜法裝置。使用藉由光 5晋方法進行分析之裝置同樣係可能的。 裝置48連接至控制電路42以便對控制電路提供代表測量 s里之k號》測量係藉由開放閥門47和49之控制電路42定 期進行。 該化學蒸氣滲透方法取決於數個參數，具體爲： •反應氣體之流速； .該氣體之一或多種組分之具體流速，及特別係上述實 例中摻雜氣體之流速； •基材之加熱溫度； •爐内壓力；及 •反應氣體經過該爐之運行時間。 應可觀察到最後兩參數，亦即壓力p和運行時間τ係彼此 相關的’因爲該運行時間通常藉由以下方程定義：
V τ =—
Q 其中V係氣體可以通過之爐内體積，並且卩係引入氣體之流 速。該體積V包括在裝載至爐内之基質内可通過之氣孔體 積。該運行時間τ取決於對該爐之裝載程度，並且其在一定 程度上隨著壓實該基材之過程之繼續進行而變化，其他保 持不變。 本申請人已發現包含於該排出氣體中之各種氣體，丙二 烯a-C3H4、丙炔P-C3H4及苯QH6存在含量可代表PyC之形成 速率’而且顯然隨著一或多種上述壓實參數而變化。 在如圖1所示但比工業生産設備小之裝置中進行測試，具 92860.doc 14 有爐體積Vr爲640立方公公卩3 H献。„「u (Cm ) ’其中50立方公分相當於 預...、态區域。該爐之體積 關： 、由上述方程定義之體積V有
Vr=V+Vs 其中VS係表示不具有可通過氣孔之基材該等部分。 豆=試之f孔基材係後纖維之環形纖維結構，該碳纖維 ”有外fe 3 5毫米（mm)，内押 心15笔未及厚度15毫米。該基材 初始體積部分，即藉由裔 Λ ” L佔據该基材體積表面部分大約 爲80°/。，使基材之初始 .田 重（或相對密度）爲0.4。該基材以 垂直豐加方式放置並且互 _ 相之間精由厚度爲3毫米之石墨 隔離物以定距雜卩j [JS，I 1 離㈣mi閉基材間之缺口。 該基材藉由從由針狀體έ士人 ,^ τ狀粗、‘·α合在一起之重疊纖维板組成之 板上減下來而獲得。每一板片以一種由兩個單向性片材 ^成之以向片㈣式存在’即由平行於共时向排列之 單纖维成分組成，該單向性片 平门Γ生月材以不同方向重疊並且藉由 輕針狀體結合在—扭。處% 0 ^ 起應可硯察到這類纖維結構在用c/c 複合材料製造制動盤領域爲吾人所熟知。 測試1 化T ,;、氣爷透方法係使用在不同屢實階段之基材實現， 並且在每一種情況下使用不同裝料。 該方法之參數按照如下方式確定：反應氣體藉由—種各 自體積比例爲0.9/0.kCH4/C3H8混合物組成溫度等 1_。(：，屢力等於約i.3kPa，並且運行時間等於约旧、、。、. 下表I列出在0.4至】.55範圍内不同相對密度d之丙二婦和 92860.doc 丙炔之總測量含量，即從麼實開始時之基 之基材，及斜於J !育…束時 /於不同之鳴比例(每立方爱米克數(克/立方 :))、、中m。係裝入該爐内基材之總初 爐之體積。 丙二烯加上丙炔之總含量以該排出氣體中之體積百分比 表不。
表I 岔厪⑼m〇/VR _ 1〇'2克/立方釐丧 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 --___ 2.34 0.61 6 72 2 81 ~~" ~ 0.43 〇 ?4 3~Λ3~~~~' T〇6~~~~ ~~069~~ ——-：- 4.69 i^ 0.5 -— 5·47 0.14 7.03 0.37 7.81 0.45 9.38 0.15 0.80 10.94 0.33 0.84 15.63 0.60 0.80 21.09 0.76 在圖2至圖6中’這些結果對於該基材之各種密度d繪曲線 圖。 圖2至圖6同樣用虛曲線表示i/R隨著m〇/VR函數之變化， 其中R係以母小時克數（克/母小時）表示之沈積速率。 可以看出C3H4總含量隨著沈積速率相反方向而變化，而 且該沈積速率和測量含量之間存在相關性。同樣可以觀察 到在基材之重量和C3H4總含量之間總係符合關係：儘管係 較小程度，對於高密度基材，隨著密度增加、基材重量對 92860.doc • 16 - 1352132 c 3 h4總含量和對沈積速率之影響較小。 測試2 除了運行時間提高到約2秒之外，該過程與測試1相同。 表II列出與測試1相同裝料範圍内之C3H4總測量含量。
表II 密度(d)m〇/VR 10·2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.43 2.34 0.50 2.81 0.30 3.13 0.48 4.06 0.17 4.69 0.35 5.47 0.08 7.03 0.26 7.81 0.32 9.38 0.11 0.56 10.94 0.23 0.59 15.63 0.42 0.55 21.09 0.51 這些結果證實從測試1得出之結論。其同樣表明：由於運 行時間增加導致C3H4總測量含量減少。 測試3 除了運行時間減少到0.75秒和溫度爲1050°C之外，該過 程與測試1相同 以下表ΠΙ列出與測試1相同裝料範圍内之C3H4總測量含 量0 92860.doc 1352132 表III 密度(d)m〇/VR 10·2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.69 2.34 0.84 2.81 0.48 3.13 0.79 4.06 0.28 4.69 0.59 5.47 0.13 7.03 0.44 7.81 0.53 9.38 0.18 0.90 10.94 0.38 0.92 15.63 0.68 0.87 21.09 0.82 這些結果證實從測試1和2得出之結論。 測試4 除了用另一個搀雜物即丁烷C4H1()替代C3H8n，該過程與 測試1相同，同樣體積比CH4/C4H10爲0.9/0.1。 以下表IV列出與測試1中相同基材裝料範圍内之(：3私總 測量含量。
表IV 密度(d) m〇/VR 1〇_2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.67 2.34 0.80 2.81 0.47 3.13 0.76 4.06 0.26 4.69 0.55 5.47 0.12 7.03 0.41 7.81 0.49 9.38 0.16 0.88 10.94 0.36 0.89 15.63 0.64 0.84 21.09 0.80 92860.doc 1352132 這些結果完全與上述測試1之結果相當。 測試5 除了運行時間增加至2秒外，該過程與測試4相同。 下表V列出與測試1中相同基材裝料範圍内之C3H4總測量 含量。
表V 密度(d) m〇/VR 1(T2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.47 2.34 0.56 2.81 0.33 3.13 0.53 4.06 0.18 4.69 0.39 5.47 0.08 7.03 0.29 7.81 0.34 9.38 0.11 0.62 10.94 0.25 0.62 15.63 0.45 0.59 21.09 0.55 這些結果完全與上述測試2之結果相當。 測試6 除了用另一個摻雜物即乙烷C2H6替代(：3118外，該過程與 測試3相同，同樣體積比CH4/C2H6爲0.9/0.1。 下表VI列出與測試1中相同基材裝料範圍内之C3H4總測 量含量。 92860.doc -19- 1352132 表νι 密度(d)m〇/VR HT2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.51 2.34 0.63 2.81 0.36 3.13 0.59 4.06 0.21 4.69 0.44 5.47 0.10 7.03 0.33 7.81 0.40 9.38 0.14 0.68 10.94 0.29 0.69 15.63 0.51 0.65 21.09 0.62 可以得出與測試1相似之結論。 測試7 除了溫度在約950°C和壓力約1.9 kPa外，該過程與測試1 相同。 下表VII列出與測試1中相同基材裝料範圍内之C3H4總測 量含量。
表VII 密度⑷m〇/VR 10·2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.39 2.34 0.50 2.81 0.27 3.13 0.47 4.06 0.16 4.69 0.35 5.47 0.07 7.03 0.26 7.81 0.32 9.38 0.11 0.54 10.94 0.23 0.55 15.63 0.40 0.52 21.09 0.49 92860.doc •20· 1352132 測試8 除了壓力在約1 kPa外，該過程與測試7相同。 下表VIII列出與測試！中相同基材裝料範圍内之…山總 測量值。
表 VIII 密度(d)m〇/VR HT2克/立方釐米 0.4 0.7 0.9 1.35 1.55 1.56 0.38 2.34 0.48 2.81 0.27 3.13 0.46 --- 4.06 0.17 4.69 0.34 — 5.47 Π 〇.〇8 7.03 0.25 7.81 「0.32 9.38 0.11 Γ 0.52 —- 10.94 0.24 0 52 15.63 0.40 0 51 21.09 0.48 測試7和8之結果非常相似。在測試7和8間之變化壓力看 來影響很小》 在現有技術中’ PyC CVI方法對於壓實參數通常用固定數 值來實現。 對於每一個參數，實際選擇數值係在第一數值和第二數 值之間之中間數值’該第一數值應爲在壓實過程開始階段 容易進入基材氣孔時所使用之最佳數值，第二數值應爲奮 反應氣體變得較不易擴散進入到基材氣孔時所使用之最佳 數值。該最佳數值具體藉由所需PyC微結構類型確定。對於 反應氣體流速、在氣體中之摻雜物濃度 '溫度及壓力，第 92860.doc 1352132 一數值大於第二數值。對於氣體運行時間則相反β 如果對於每一個參數，選擇處於或非常接近該方法結束 時之最佳數值之恆定數值’則沈積速率將降低，並且該方 法之持續時間將變長。相比之下’如果選擇數值等於或非 常接近該方法開始時之最佳數值，則在該方法結束時不利 於增加沈積速率，此時沈積速率基本上取決於擴散，但首 先將導致該氣孔藉由表面沈積過早阻塞之風險，並且其次 促使PyC沈積成不受歡迎之微結構，或甚至不受歡迎之沈積 物質，如煤煙。 如上所述之測試顯示：包含於該排出氣體中之某些種類 氣體可代表沈積速率，並且在該排出氣體中該等種類氣體 含量隨著多個壓實參數之一而變化。 在本發明中，利用這些觀察結果，藉由調節至少一個壓 實參數來控制該PyC CVI方法，以便優化該壓實過程，其中 該調節參數爲排出氣體中一或更多種具體物質之測量含量 之函數。 有關氣體爲丙二稀、丙块和苯。如上所述之測試表示運 行時間和溫度對c3H4含量之影響。其他無裝料條件下所進 行之測試顯示，該丙二烯和丙块之測量含量對該反應氣體 混合物之摻雜物含量和其質量流量敏感，而且測量之笨含 S對溫度敏感。 - 對於該或每—決定採用之壓實參數，較佳爲在—數值範 圍内調節。對於上述各種參數’最大值係壓實方法開始時 設置之數值。根據待壓實基材之孔隙率特性和所需要之Pyc 92860.doc -22- 丄说丄32 微結構類型之變化，具體選擇參數。其最小值係在該壓實 。束寺不希望其繼續下降或下降後不再有用之數值。 因此，例如對於壓實用於製造c/c複合材料零件特別係飛 動盤之普通類型碳纖維之纖維性基材’及對於形成粗 I薄片狀類型之PyC，這些各種參數可以變化之範圍可以選 擇如下： •溫度在90〇。(：至11〇〇。〇之範圍，以便滿足py(：之微結構； .壓力在0.1 kPa至1〇 IcPa之範圍，以便符合Py(：之微結構 並且限制在爐内建立和維持極低壓力之技術侷限； 運行時間在0.5秒至5秒之範圍，特別係以便避免導致 不需要沈積之氣體熟成；及 .在包含甲烷和一或多種摻雜氣體，特別係丙烷、丁烷 或乙烷之反應氣體中，摻雜體積比在〇%至7〇%之範圍或在 〇 /〇至1 0 0 /〇之範圍，對於反應氣體有可能藉由在壓實開始時 之摻雜物單獨組成。 該反應氣體之總流速同樣藉由待壓實纖維基材之質量確 定’以便保證對每一種基材提供反應氣體。 因爲該壓貫方法開始時沈積速率更多係藉由壓實參數確 定，而非藉由反應氣體在該基材内擴散之能力確定，較佳 爲對於該或每一個可變參數，除較佳爲選擇最小值或接近 該最小值之運行時間外，選擇初始值爲在預建立範圍内之 最大值，或接近該最大值。 隨後控制δ玄方法以便使丙二稀 '丙块及/或笨之含量維持 在基本怪定之數值並且等於該壓實方法開始時測量之數 92860.doc -23 - 1352132 值。該參考數值可以係在幾個小時後所測量之數值，或包 括該方法開始時進行許多測量法之平均數值以便等待該 方法較。因爲該方法進行緩慢，故*必連續測量所監測 之含量。定期進行測量即足夠，例如，以〇 25小時至i小時 之間隔爲周期。 測量含量可以維持在基株定之數值，假如職定數值 使測量含量保持在範圍[τ_20%、τ+2〇%]之内。此處τ係該 方法開始時建立之參考數值。 實務上，維持該測量含量在基本恆定之數值導致在該方 法中調節之該等壓實參數逐漸降低，但運行時間增加。 當發現調節所選擇之可變參數不再能維持該測量含量在 預疋差化範圍内之基本恆定之數值時，可偵測到該壓實方 法之結束。實務上，在那時通常會觀察到無法控制之測量 含量增加。當該測量含量超過一所選等於或大於對該含量 允許範圍之上限之預定閥值時，可以認爲該壓實方法到達 結束。 本發明方法之實施方案描述如下。 多種纖維基材以初始相對密度爲〇 4進行裝料，代表比例 m/VR等於5·47χ1〇·2克/立方釐米。將該基材壓實直至最終相 對密度等於約1.6。 實例9 ~ 使用一種包含CH4/C3HS混合物之反應氣體。該PyC CVI 方法藉由調節爐内溫度至等於約1000°c之數值、壓力至等 於約1.3 kPa之數值、並且運行時間至1±〇.3〇秒進行，運行 92860.doc -24· 1352132 時間之變量係直接與流速之變量有關。 該丙二烯和丙炔之含量（全部GH4含量）定期進行測量' 並且該氣體混合物中之c 3 Η 8含量藉由控制閥門3 6之控制器 42調節以便維持該測量含量基本上等於〇2。在過：開: 時，該摻雜物分數，即在該反應氣體中C3%之莫耳百分率: 必須設定在50%。 圖7表示C^4之測量含量和測量之c^8摻雜分數如何隨 著時間而變化π以看ώ，維持總C3h4含量在基本上怪定 之數值導致#雜分數逐漸減少’直至降低至該壓實過程結 束時之約5 %之數值。 籍由比較，一種PyCCVI方法係在除c^8之摻雜莫耳分數 維持恆定並且等於約10%以外之相同條件下進行。達到相 對密度等於約i.6所需要之時間比具有摻雜分數變化之巧。 C VI方法所需要之時間長40〇/〇。 實例10 使用一種包括具有摻雜體積分數爲10%之CH4/C4Hi〇混合 物之反應氣體。該〇0： CVI方法藉由調節爐内壓力至約 1.0 kPa之數值，並且調節運行時間至約i秒之數值進行。 該排放氣之苯（C6H0)含量定期進行測量，並且爐内溫度 藉由控制電源電路44之控制電路42調節以便維持該測量含 量在基本值定並且等於該壓實過程開始時測量之數值。該 溫度固定在該過程開始時之1 1 〇 〇 之數值。 圖8表示測量之GH6含量和溫度如何隨著時間而變化。可 以看出，維持測量含量恆定導致溫度逐漸降低至該壓實過 92860.doc -25- 1352132 程結束時之約9 5 0 °C之數值。 籍由比較，-PyCCVm麵㈣溫度維純定並且等 於約10001之外之相同條件下進 進订達到相對密度等於約 1.6所需之時間比具有變化 長細。 &之卜ccw法所需之時間 又實俗和職實了本發明方法藉由優化該pyc^方法在 降低壓實所需要之時間方面 性。該時間之減少與所 j耗反應氣體數量之減少和該排出氣體中某㈣質諸如多 方香烴之排放之減少係有關聯的。 儘管實例9和1〇涉及作用於單一麼實參數，但許多參數可 在相同壓實過程中變化。 藉由測㈣排出氣體中之丙二婦、丙块含量及/或苯含量 及藉由調郎至少—厭t &奴 , ^主^壓貫參數，本發明方法適用於該壓實方 法之即時控制。 對於既定化輋某_备.姿$ # _ …乳Ο透裝置和一待壓實基材之典型穿 1=:::法同樣適用於模擬虔實過程。在-或’多個模 θ 實周期中，該方法隨著測量之丙二稀、丙 罝及/或苯含量至少諮 3 調節厂堅實參數之變女實現。儲存該或每一個
理。如此建立::二:二過程之持續W 中複製，如同在模擬周期過程中一般在相 重 複變量並且在相同持續時間内進行屋實。"·參數中重 基材裝料之庙本發明係在麼實藉由許多環形預製體組成之 土〆’心用中招述’本發明方法自然地亦適用於麼實 92860.doc -26- 1352132 一或多種任意形狀之基材。 【圖式簡單說明】 f Ur’種適用於實現本發明方法之化學蒸氣滲透裝置 之高度概略之圖示； 圖2至6係表不在排出氣體中丙二稀和丙诀含量對於基材 重量和密度之影響之圖示； 圖7係表示虔實方法藉由該氣體之-種組分之質量流量 隨著測量排出氣體中之丙二歸和丙块之含量變化而進行控 制之圖示；及 圖8係一表示該爆眚古、土 ^ ^ 貫方去稭由隨著測量排出氣體之苯含 量改變溫度而進行控制之圖示。 【主要元件符號說明】 10 多孔基材 11 預熱器區域 12 爐 13 裝載基材區域 14 側壁 16 底壁 18 蓋 20 感應線圈 22 絕緣體 24 進料管 26 抽氣管 28 抽氣裝置 92860.doc •27· 1352132 29 閥門 30 貯槽 32 貯槽 34 閥門 36 閥門 38 管 40 管 42 控制電路 44 電源電路 46 管道 47 閥門 48 裝置 49 閥門 92860.doc

Claims (1)

1352132 第093111921號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(100年4月） 1 十、申請專利範圍： 1· 一種控制或模擬藉由化學蒸氣滲透以熱裂解碳壓實至少 一種多孔基材之過程的方法，其包括：在—爐中放置一 包括-或多種待壓實之多孔基材之裝料；加：該基材; 於該爐内引入一種反應氣體，該反應氣體包含至少一種 選自由選自丙&'T烧、丙稀及乙炫所組成之群之碳前 體煙類；調節爐内|力使氣體在所加熱基材氣孔内擴散 以便在其中形成熱裂解碳之沈積；及從該爐中經過一連 接至該爐出口之抽氣管抽出排出氣體； 泫方法之特徵爲：測量在該排出氣體 丙快之至少-種化合物之含量；且藉由至少調節引：：該 爐之反應氣體中所含碳前體烴類之流速，將所測得之含 量維持在基本上恆定之數值’以控制該方法。 2·根據申請專利範圍第旧之方法，其中該含量係在與抽氣 管並聯之管道中測量。 3. 根據申請專利範圍第旧之方法，其中該含量藉由氣相色 譜法測量。 4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該反應氣體包括選 自丙烷、丁烷和乙烷之碳前體，並且該碳前體在甲烷或 惰性氣體中稀釋。 5. 根據申請專利範圍第1之方法，其中引入該爐之反應氣 體中所含碳前體烴類之流速係在預定數值範圍之内進行 調節。 根據申β青專利範圍第5項之方法，其中該壓實過程之結束 92860-10004i8.doc
係藉由下述方法檢測：當藉由調節y入該爐之反應氣體 所含碳前體烴類之流速將所測得之含量維持在基本上恆 定之數值變得不可能時。 根據申請專利範圍第1之方法，其中該至少一種被調節 之參數之變I被儲存以構成—模型該模型在隨後壓實 同樣類型裝料之方法中為可再現的。 根據申請專利範圍第6或7項之方法其巾㈣f方 持續時間亦被儲存。 92860-1000418.doc
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