一种碳纤维表面涂复碳化硅的工艺和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种射频法碳纤维石墨化工艺的进一步完善和补充技术，亦是对生产闻质量石墨纤维现有射频制备的改进。
【背景技术】
[0002]碳纤维石墨化的加工工艺，在采用了射频法加工后取得较大的进展，大大地降低了生产工艺中的能耗，提高了质量，降低了成本，从而十分有利于石墨化碳纤维的应用与推广。作为一种具有优秀力学性能的结构材料而言，比起传统的石墨电炉法生产的确有了长足的进步。新的装置和工艺并没有改变传统法生产出来石墨化碳纤维的化学特性。特别是在高温环境下易氧化，而使其力学性能受到严重威胁和破坏，在与金属材料复合时会出现强烈的反应，而使得复合后材料的力学性能下降。如何借助射频法加工碳纤维产品工艺和设备的先进性来进一步改善石墨化碳纤维的化学品质，从而使该纤维取得质的飞跃就成为此加工行业迫在眉睫的课题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是利用射频聚焦式加热装置实现碳纤维(石墨纤维)涂复耐高温的碳化硅面层的目的。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
借助射频聚焦式加热装置所形成的高频线性聚焦电磁场对运动中的碳纤维加热，在石英管反应器中制造一个氯硅烷和高纯氢气的反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时将碳化硅气相沉积在碳纤维表面，形成耐高温的表面涂层。反应中生成的氯化氢排出反应器被石灰水吸收。随着碳纤维连续通过聚焦电磁场并被加热至1100?1300°C,逆向充入氯娃烷和高纯氢气就会随之反应在碳纤维的表面形成一层SiC涂层，适当掌握走丝的速度、反应温度和充入反应气体量，可以控制表面涂层的厚度。
【附图说明】
[0005]图1为本发明的专用射频加热装置结构示意图。
[0006]其中:1.高频发生器，2.射频匹配器，3.射频电缆，4.射频耦合腔，5.石英管反应器，5A.混合气体加入口，5B.氯化氢抽气口， 5C、5D.密封氩气入口，6.混合配气室，6A.氯硅烷流量计，6B.氢气流量计，7.氯硅烷气源，8.高纯氢气源，9.碳纤维，10、
11.碳纤维收放丝机构。
【具体实施方式】
[0007]如附图1所示，本发明的具体实施例主要包括以下步骤:
碳纤维9通过石英管反应器5时，很容易在射频聚焦区被感应加热至1100?1300°C，向石英管反应器(5)内沿碳纤维运动逆向导入氯硅烷和高纯氢气的混合气，形成一个反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时实现SiC沉积在石墨碳纤维表面形成涂层。
[0008]碳纤维9借助收放丝机构10、11实现运动，穿过石英管反应器5，其线速度控制在2-2.5米/分。所充入的氯硅烷的流量为0.5-0.8升/小时，高纯氢气的充入量为0.3-0.6升/小时，两端密封氩气充入量为0.3-0.5升/小时，可以保证石英管反应器内的标准反应气氛，高纯氢气的纯度要求达到99.99%。
[0009]实现碳纤维表面涂复碳化硅的专用设备结构包括高频发生器1，射频匹配器2，射频耦合腔4，连接在匹配器2和耦合腔4之间的射频电缆3，从射频耦合腔4中穿过的石英管反应器5，碳纤维收放丝机，10、11组成。而石英管反应器5是为本发明特别设计的，它是细长管状，两端收口成细孔管胫，碳纤维9从收丝轮出来进入石英管反应器5，在两端管胫内侧均设有密封氩气入口 5C、5D，在出丝口端反应器设有反应气体一氯硅烷和高纯氢气混合气体加入口 5A，在石英管反应器的中部设有氯化氢抽气口 5B，该注入气口 5A通过管路接在氯娃烧和氢气混合配气室6,在通过流量计6A、6B分别与氯娃烧和高纯氢气气源7、8相连。这样就可以分别按工艺设计要求将氯硅烷和高纯氢气按一定比例注入混配室6，再按这个比例注入石英管反应器5以实现SiC气相沉积的反应过程。
[0010]利用以上的装置和所设计的工艺要求最终可以实现碳纤维表面形成致密、牢固的碳化硅复合层，从而大大提高了碳纤维应用中抗高温氧化能力，并改善了它与金属的复合质量，对碳纤维应用范围的扩展和力学性能增强起着重要的作用。
【主权项】
1.一种碳纤维表面涂复碳化硅的方法，其特征在于:该方法借助射频聚焦式加热装置对运动中的碳纤维加热，其特征在于碳纤维(9)被加热时，向石英管反应器(5)内沿碳纤维运动逆向导入氯硅烷和高纯氢气的混合气，形成一个反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时实现SiC沉积在石墨碳纤维表面形成涂层。
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维表面涂复碳化硅的工艺和装置，该装置为改进型3射频聚焦式加热器。利用聚焦电磁场将碳纤维加热至1100～1300℃，并在石英管或反应器中制造一个氯硅烷和高纯氢气的反应环境，使氯硅烷裂解生成氯化氢的同时将碳化硅气相沉积在碳纤维表面，形成耐高温的表面涂层。
【IPC分类】C23C16-32, D06M10-06
【公开号】CN104652120
【申请号】CN201310599601
【发明人】鞠洪建
【申请人】大连惟康科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日