TWI736630B - 品質評估和修復站 - Google Patents

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Abstract

於此提供了用於多絲絲束(multi-filament tow)的品質評估和修復的設備。在一些實施例中，用於檢查和修復多絲絲束的設備包括：第一捲軸，具有捲繞在第一捲軸上的多絲絲束；第一絲束張緊器，在第一捲軸之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；退漿腔室，包含加熱器，以將多絲絲束加熱至適於移除多絲絲束上的塗層的第一溫度；檢查腔室，經配置以檢查多絲絲束的缺陷；修復腔室，經配置以修復多絲絲束中的缺陷；第二絲束張緊器，在修復腔室之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；及第二捲軸，在第二絲束張緊器之後，以收集多絲絲束。

Description

品質評估和修復站
本揭露書的實施例一般關於連續絲束處理系統，且特別關於用於在絲束材料上沉積塗層之前對多絲絲束中的單絲缺陷進行品質評估和修復的系統。
陶瓷基體複合材料(CMC)由嵌入在陶瓷基體中的陶瓷纖維所組成。CMC經發展以解決傳統技術的陶瓷的限制，這些限制禁止在高溫和氧化環境中使用。傳統的非強化技術的陶瓷(包括氧化鋁、碳化矽、氮化鋁、氮化矽和氧化鋯)具有低的抗裂性，且因此在機械和熱機械負載下容易斷裂。這些材料限制可藉由整合多股長的陶瓷纖維，以使得能夠實現更大的斷裂伸長率、斷裂韌性、耐熱衝擊性和耐動態疲勞性而解決。
非氧化物多晶陶瓷纖維(通常為碳化矽(SiC)纖維)用作陶瓷基體複合材料(CMC)中的連續長度結構強化材料。用於CMC製造的SiC基陶瓷纖維具有小直徑、高導熱性，低表面粗糙度和無碳表面。此外，SiC基陶瓷纖維在高溫下，在高機械應力下和在氧化環境中具有如所製造的高的拉伸強度。
化學氣相滲透(CVI)用以在陶瓷纖維上產生呈現薄共形包封層形式的環境屏障。通常，塗佈的纖維比 未塗佈的纖維具有機械、熱和化學優點。SiC基纖維表面上的氮化硼(BN)和含碳破裂偏轉界面塗層改善了高溫下SiC基纖維的抗氧化效能。
然而，本發明人已經觀察到多絲SiC絲束(如，未扭曲成束的連續絲)上的聚乙酸乙烯酯(PVA)塗層中的缺陷(諸如破裂或鬆散的絲)和不均勻可能導致在塗佈製程中的擾動。這種擾動可能導致諸如不均勻的塗層厚度和絲黏在一起的問題。此外，斷裂或鬆散的的絲將在絲束輸送系統中產生絨毛，這可能導致進一步的絲束破裂和絲束斷裂。
因此，本發明人提供了用於多絲絲束的品質評估和修復的改進設備。
於此提供了用於多絲絲束的品質評估和修復的設備。在一些實施例中，一種用於檢查和修復多絲絲束的設備包括：第一捲軸，具有捲繞在第一捲軸上的多絲絲束；第一絲束張緊器，在第一捲軸之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；退漿腔室，包含加熱器，以將多絲絲束加熱至適於移除多絲絲束上的塗層的第一溫度；檢查腔室，經配置以檢查多絲絲束的缺陷；修復腔室，經配置以修復多絲絲束中的缺陷；第二絲束張緊器，在修復腔室之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；及第二捲軸，在第二絲束張緊器之後，以收集多絲絲束。
在一些實施例中，一種檢查和修復多絲絲束的方法包括以下步驟：從第一捲軸解除纏繞多絲絲束；在退漿腔室中將多絲絲束加熱到適於移除多絲絲束上的塗層的第一溫度；在檢查腔室中檢查多絲絲束的單絲的缺陷；若發現有缺陷的絲，則在修復腔室中修復有缺陷的絲，或從多絲絲束移除有缺陷的絲；及將離開修復腔室的多絲絲束纏繞到第二捲軸上。
在一些實施例中，一種用於檢查和修復多絲絲束的設備包括：第一捲軸，具有捲繞在第一捲軸上的多絲絲束；第一馬達，耦接到第一捲軸，以旋轉第一捲軸並從第一捲軸解除捲繞多絲絲束；第一絲束張緊器，在第一捲軸之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；第一間距控制器，在第一捲軸和第一絲束張緊器之間與第一捲軸對準，以允許多絲絲束以受控的方式解除纏繞；第一張力感測器，在第一間距控制器和第一絲束張緊器之間與第一捲軸對準，以量測藉由第一絲束張緊器在多絲絲束上所引發的力；退漿腔室，包含加熱器，以加熱多絲絲束到適於移除多絲絲束上的塗層的第一溫度；第一滑輪，在第一絲束張緊器和退漿腔室之間與第一捲軸對準；檢查腔室，經配置以檢查多絲絲束的缺陷；修復腔室，經配置以修復在多絲絲束中的缺陷；第二絲束張緊器，在修復腔室之後，以在多絲絲束上施加預定的張力；第二滑輪，在修復腔室和第二絲束張緊器之間與第一捲軸對準；第二張力感測器，與第二滑輪對準並在第二絲束張緊器之後，以量測藉由第二絲束張緊器在多絲絲束上所引發的力；第二間距控制器，與第二滑輪對準並在第二張力感測器之後，以允許多絲絲束以受控的方式纏繞到第二捲軸上；第二捲軸，在第二絲束張緊器之後，以收集多絲絲束；及第二馬達，耦接到第二捲軸，以旋轉第二捲軸並將多絲絲束捲繞到第二捲軸上。
下面描述本揭露書的其他和進一步的實施例。
本揭露書的實施例有利地提供了用於多絲絲束的品質評估和修復的改進設備。在將多絲絲束暴露於阻擋塗層製程之前，本揭露書的實施例有利地識別和移除或修復單絲的缺陷。本揭露書的實施例有利地提供改進的正常運行時間、產量和產出以及改進品質的絲束。
例如，本發明的實施例提供了一種自動化系統，用於經由化學氣相滲透來評估進入的陶瓷絲束的品質以用於隨後的環境阻擋層形成。用於陶瓷絲束化學氣相滲透（CVI）的傳統設備依賴於絲束斷裂或絲束跳位時的原位修復，導致CVI系統生產率降低。本發明的實施例藉由非原地（在啟動CVI製程之前）評估絲束的品質並修復絲束，來提高CVI系統效能。絲束(特別是SiC基陶瓷纖維)從傳統的捲軸（或線軸）解除纏繞，退漿（剝離聚乙酸乙烯酯（PVA）、聚乙烯醇、環氧樹脂、與聚環氧乙烷共混的PVA）、使光學特徵斷裂、使用各種聚合物拼接技術修理斷裂並接著轉移到處理捲筒及/或以其它方式傳送到CVI製程。
第1圖描繪了根據本揭露書的一些實施例的用於多絲絲束的品質評估和修復的系統100的例子。在一些實施例中，多絲絲束是一束連續絲，例如陶瓷纖維（如，氧化鋁、碳化矽、氮化鋁、氮化矽、氧化鋯）。在一些實施例中，系統100在外殼134內，可被抽空，以允許系統100在真空下運行，以避免在大氣和多絲絲束102之間的化學反應。在一些實施例中，在外殼內的溫度和濕度可調節，以最大限度地減少多絲絲束102的氧化。
系統100包含捲繞在第一捲軸104上的多絲絲束102。第一捲軸104耦接到第一馬達114，以旋轉捲軸並使多絲絲束102從第一捲軸104解除捲繞。多絲絲束102通過第一間距控制器106，第一間距控制器106控制多絲絲束102的解除纏繞，以最小化或防止對多絲絲束102的損害，並允許在多絲絲束102中的單絲在解除纏繞期間維持它們相對於彼此的位置。在一些實施例中，第一間距控制器106相對於第一捲軸104而定位，以將多絲絲束102維持在實質水平的定向。在一些實施例中，第一間距控制器106包含相對的滑輪或輥，其隨著多絲絲束102通過而旋轉。在相對的滑輪之間的距離取決於多絲絲束102的厚度。在一些實施例中，第一間距控制器106進一步包含感測器，以量測已經通過第一間距控制器106的絲束的長度（亦即，量）。
系統100進一步包含第一張力感測器108。在一些實施例中，多絲絲束102從第一間距控制器106通到第一張力感測器108。在一些實施例中，第一張力感測器108大約定位成與第一捲軸104齊平，使得多絲絲束102從第一捲軸104實質水平地行進到第一張力感測器108。在一些實施例中，第一張力感測器108是耦接到閒置滑輪的張力應變儀，以量測多絲絲束102上的力。
在一些實施例中，提供第一絲束張緊器110以控制多絲絲束102上的張力。例如，在一些實施例中，第一絲束張緊器110在多絲絲束102上提供約0.4牛頓的張力，如藉由第一張力感測器108所量測的。在一些實施例中，第一絲束張緊器110放置在第一張力感測器108的高度之下方。在一些實施例中，第一絲束張緊器110是具有可移動軸向位置的滑輪，以便增加或減小多絲絲束102上的張力。在一些實施例中，第一絲束張緊器110耦接到第三馬達，第三馬達移動第一絲束張緊器110，以控制在第一絲束張緊器110和第一張力感測器108之間的線性距離。例如，增加在第一絲束張緊器110和第一張力感測器108的閒置滑輪之間的距離將增加多絲絲束102上的張力，同時減小在第一絲束張緊器110和第一張力感測器108的閒置滑輪之間的距離將減小多絲絲束102上的張力。在纏繞和解除纏繞期間的張力控制為退漿、檢查、修理和重新纏繞提供了均勻的條件。在一些實施例中，第一絲束張緊器110經配置以在實質垂直的方向上移動。第1圖顯示了在第一張力感測器108的高度之下方的第一垂直距離放置的第一絲束張緊器110；然而，第一絲束張緊器110可替代地被放置在第一張力感測器108之上方，其中多絲絲束102在相反方向上纏繞閒置滑輪。
多絲絲束102通過第一滑輪112之上，第一滑輪112可(例如)在第一捲軸104的高度附近，並進入退漿腔室116內。在退漿腔室116內，將多絲絲束102加熱至攝氏約500至約1000度的溫度，以移除多絲絲束102上的聚乙酸乙烯酯(PVA)塗層。PVA塗層將單根絲束保持成束。退漿腔室116可使用能夠將多絲絲束102加熱至攝氏約500至約1000度的任何合適的加熱機構來加熱多絲絲束102，諸如熱交換器，加熱燈，或類似者。
一旦PVA塗層被移除，多絲絲束102通過檢查腔室118，並接著通過修復腔室120。在檢查腔室118內，檢查多絲絲束102的缺陷(諸如在多絲絲束102中的單絲的斷裂)。檢查腔室118使用光學偵測製程來識別和量化多絲絲束102中的缺陷。在一些實施例中，有缺陷的絲可被實體地標記或有缺陷的絲的位置可被量測(例如以米或其他合適的單位)並記錄。在修復腔室120內，識別的缺陷被修復或移除。例如，在一些實施例中，將斷裂的絲從多絲絲束102移除，並被引導到拒收路徑以進行處理，或若可能的話重新纏繞並重新使用。
一旦離開修復腔室120，多絲絲束102通過第二滑輪122之上（第二滑輪122例如可在第一捲軸104的高度處），並到達第二絲束張緊器124。第二絲束張緊器124可被放置在第二滑輪122的高度之下。在一些實施例中，第二絲束張緊器124是具有可移動軸線的滑輪，以控制在第二絲束張緊器124和第二滑輪122之間的距離。在一些實施例中，第二絲束張緊器124在多絲絲束102上提供約0.4牛頓的張力，如藉由第二張力感測器126所量測的。在一些實施例中，第二絲束張緊器124耦接到第四馬達，第四馬達移動第二絲束張緊器124，以控制在第二絲束張緊器124和第二滑輪122之間的距離。增加在第二絲束張緊器124和第二滑輪122之間的距離將增加多絲絲束102上的張力，而減小在第二絲束張緊器124和第二滑輪122之間的垂直距離將減小多絲絲束102上的張力。在一些實施例中，第二絲束張緊器124在實質垂直的方向上移動。
多絲絲束102通過第二張力感測器126。在一些實施例中，第二張力感測器126是耦接到閒置滑輪的張力應變計，第二張力感測器126量測由第二絲束張緊器124所引起的力。多絲絲束102接著通過第二間距控制器128，第二間距控制器128允許多個絲以受控的方式纏繞到第二捲軸130上，從而防止對多絲絲束102的損壞，並允許單絲在重新纏繞期間相對於彼此維持它們的位置。在一些實施例中，第二間距控制器128包含相對的滑輪或輥。多絲絲束102通過滑輪或輥之間。在一些實施例中，第二間距控制器128進一步包含用以量測多絲絲束102的位置的感測器。
多絲絲束102被捲繞到第二捲軸130。第二捲軸130耦接到第二馬達132，以旋轉捲軸並將多絲絲束102捲繞到第二捲軸130上。在一些實施例中，第二捲軸是大直徑捲軸，其在多絲絲束上提供較小的彎曲應力。一旦檢查並修復了多絲絲束102的整個捲軸，可進一步處理捲軸。例如，經檢查和經修理的捲軸可放置在化學氣相沉積腔室中，以將阻擋材料沉積在絲上。
第2圖描繪了顯示根據本揭露書的一些實施例的檢查和修復多絲絲束的方法200的流程圖。在202處，多絲絲束從第一捲軸解除纏繞。在204處，將多絲絲束加熱至攝氏約500至約1000度的第一溫度，以移除多絲絲束上的聚乙酸乙烯酯（PVA）塗層。PVA塗層移除可(例如)如上面關於退漿腔室116所討論的那樣而完成。
在206處，檢查多絲絲束的單絲的缺陷。絲的檢查可如上所述在檢查腔室118中進行。例如，在檢查腔室118內，檢查多絲絲束102的缺陷(諸如多絲絲束102中單絲的斷裂)。檢查腔室118使用光學偵測製程來識別和量化多絲絲束102中的缺陷。在一些實施例中，有缺陷的絲可被實體地標記或有缺陷的絲的位置可被量測(例如以米或其他合適的單位)並記錄。
在208處，確定是否已經發現了有缺陷的絲。若沒有發現有缺陷的絲，則在212處將多絲絲束纏繞到第二捲軸上。若發現有缺陷的絲，則在210處修復或移除有缺陷的絲。可(例如)在以上所討論的修復腔室120中修復或移除有缺陷的絲。在一些實施例中，有缺陷的絲(諸如斷裂的絲)從多絲絲束移除並引導到拒收路徑以進行處理，或若可能的話重新纏繞並重新使用。
雖然前述內容涉及本揭露書的實施例，本揭露書的其他和進一步的實施例可經設計而不背離本揭露書的基本範圍。
100‧‧‧系統102‧‧‧多絲絲束104‧‧‧第一個捲軸106‧‧‧第一間距控制器108‧‧‧第一張力感測器110‧‧‧第一絲束張緊器112‧‧‧第一滑輪114‧‧‧第一馬達116‧‧‧退漿腔室118‧‧‧檢查腔室120‧‧‧修復腔室122‧‧‧第二滑輪124‧‧‧第二絲束張緊器126‧‧‧第二張力感測器128‧‧‧第二間距控制器130‧‧‧第二捲軸132‧‧‧第二馬達134‧‧‧外殼200‧‧‧方法202‧‧‧步驟204‧‧‧步驟206‧‧‧步驟208‧‧‧步驟210‧‧‧步驟212‧‧‧步驟
藉由參考附隨的圖式中所示的本揭露書的說明性實施例可理解簡單總結於上並更詳細討論於下的本揭露書的實施例。然而，附隨的圖式僅顯示了本揭露書的典型實施例，且因此不應被認為是對範圍的限制，因為本揭露書可允許其他等效的實施例。
第1圖描繪了根據本揭露書的一些實施例的用於品質評估和修復多絲絲束的設備的示意圖。
第2圖描繪了顯示根據本揭露書的一些實施例的檢查和修復多絲絲束的方法的流程圖。
為促進理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號來表示與共用於圖式的相同元件。圖式沒有按比例而繪製，且為了清楚起見可被簡化。一個實施例的元件和特徵可有利地併入其他實施例中，而無需進一步載明。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧系統
102‧‧‧多絲絲束
104‧‧‧第一個捲軸
106‧‧‧第一間距控制器
108‧‧‧第一張力感測器
110‧‧‧第一絲束張緊器
112‧‧‧第一滑輪
114‧‧‧第一馬達
116‧‧‧退漿腔室
118‧‧‧檢查腔室
120‧‧‧修復腔室
122‧‧‧第二滑輪
124‧‧‧第二絲束張緊器
126‧‧‧第二張力感測器
128‧‧‧第二間距控制器
130‧‧‧第二捲軸
132‧‧‧第二馬達
134‧‧‧外殼

Claims (20)

  1. 一種用於檢查和修復一多絲絲束的系統，包含： 一第一捲軸，具有捲繞在該第一捲軸上的一多絲絲束；一第一絲束張緊器，在該第一捲軸之後，以在該多絲絲束上施加一預定的張力；一退漿腔室，包含一加熱器，以將該多絲絲束加熱至適於移除該多絲絲束上的一塗層的一第一溫度；一檢查腔室，經配置以檢查該多絲絲束的多個缺陷；一修復腔室，經配置以修復該多絲絲束中的該等缺陷；一第二絲束張緊器，在該修復腔室之後，以在該多絲絲束上施加一預定的張力；及一第二捲軸，在該第二絲束張緊器之後，以收集該多絲絲束。
  2. 如請求項1所述之系統，進一步包含一第一馬達，耦接到該第一捲軸以旋轉該第一捲軸並從該第一捲軸解除纏繞該多絲絲束。
  3. 如請求項1所述之系統，進一步包含一第一間距控制器，在該第一捲軸和該第一絲束張緊器之間與該第一捲軸對準，以允許該多絲絲束以受控的方式解除纏繞。
  4. 如請求項3所述之系統，其中該第一間距控制器是一對相對的滑輪。
  5. 如請求項3所述之系統，進一步包含一第一張力感測器，在該第一間距控制器和該第一絲述張緊器之間與該第一捲軸對準，以量測由該第一絲束張緊器在該多絲絲束上所引發的一力。
  6. 如請求項1到5任一項所述之系統，其中該該第一絲束張緊器耦接到一第三馬達以垂直移動該第一絲束張緊器，以增加或減小在該第一絲束張緊器與該第一捲軸之間的一第一垂直距離。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該第一絲束張緊器是一滑輪。
  8. 如請求項1到5任一項所述之系統，進一步包含一第一滑輪，在該第一絲束張緊器和該退漿腔室之間與該第一捲軸對準。
  9. 如請求項1到5任一項所述之系統，其中該第一溫度為攝氏約500至約1000度。
  10. 如請求項1到5任一項所述之系統，進一步包含一第二滑輪，在該修復腔室和該第二絲束張緊器之間與該第一捲軸對準。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該第二絲束張緊器耦接到一第四馬達以垂直移動該第二絲束張緊器，以增加或減小在該第二絲束張緊器與該第二滑輪之間的一第二垂直距離。
  12. 如請求項10所述之系統，其中該第二絲束張緊器是一滑輪。
  13. 如請求項10所述之系統，進一步包含一第二張力感測器，與該第二滑輪對準，且在該第二絲束張緊器之後，以量測由該第二絲束張緊器在該多絲絲束上所引發的一力。
  14. 如請求項13所述之系統，進一步包含一第二間距控制器，與該第二滑輪對準，且在該第二張力感測器之後，以允許該多絲絲束以受控的方式纏繞到一第二捲軸上。
  15. 如請求項1到5任一項所述之系統，進一步包含一第二馬達，耦接到該第二捲軸，以旋轉該第二捲軸並將該多絲絲束纏繞到該第二捲軸上。
  16. 如請求項1到5任一項所述之系統，進一步包含圍繞該系統的一外殼。
  17. 一種檢查和修復一多絲絲束的方法，包含以下步驟： 從一第一捲軸解除纏繞一多絲絲束；在一退漿腔室中將該多絲絲束加熱到適於移除該多絲絲束上的一塗層的一第一溫度；在一檢查腔室中檢查該多絲絲束的多個單絲的多個缺陷；若發現一有缺陷的絲，則在該修復腔室中修復該有缺陷的絲，或從該多絲絲束移除該有缺陷的絲；及將離開該修復腔室的該多絲絲束纏繞到一第二捲軸上。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該第一溫度為攝氏約500至約1000度。
  19. 如請求項17所述之方法，其中移除該有缺陷的絲的步驟包括以下步驟：將該有缺陷的絲引導到一拒收路徑以進行處理。
  20. 一種用於檢查和修復一多絲絲束的系統，包含： 一第一捲軸，具有捲繞在該第一捲軸上的一多絲絲束；一第一馬達，耦接到該第一捲軸，以旋轉該第一捲軸並從該第一捲軸解除捲繞該多絲絲束；一第一絲束張緊器，在該第一捲軸之後，以在該多絲絲束上施加一預定的張力；一第一間距控制器，在該第一捲軸和該第一絲束張緊器之間與該第一捲軸對準，以允許該多絲絲束以受控的方式解除纏繞；一第一張力感測器，在該第一間距控制器和該第一絲束張緊器之間與該第一捲軸對準，以量測藉由該第一絲束張緊器在該多絲絲束上所引發的一力；一退漿腔室，包含一加熱器，以加熱該多絲絲束到適於移除該多絲絲束上的一塗層的一第一溫度；一第一滑輪，在該第一絲束張緊器和該退漿腔室之間與該第一捲軸對準；一檢查腔室，經配置以檢查該多絲絲束的多個缺陷；一修復腔室，經配置以修復在該多絲絲束中的該等缺陷；一第二絲束張緊器，在該修復腔室之後，以在該多絲絲束上施加一預定的張力；一第二滑輪，在該修復腔室和該第二絲束張緊器之間與該第一捲軸對準；一第二張力感測器，與該第二滑輪對準並在該第二絲束張緊器之後，以量測藉由該第二絲束張緊器在該多絲絲束上所引發的一力；一第二間距控制器，與該第二滑輪對準並在該第二張力感測器之後，以允許該多絲絲束以受控的方式纏繞到一第二捲軸上；一第二捲軸，在該第二絲束張緊器之後，以收集該多絲絲束；及一第二馬達，耦接到該第二捲軸，以旋轉該第二捲軸並將該多絲絲束捲繞到該第二捲軸上。
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