专利名称：一种制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械密封材料的制备技术，具体为一种制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备。
背景技术：
各向同性热解炭(Isotropic pyrolytic carbon)材料是利用化学气相沉积方法(chemical vapor deposition——CVD)制备的一种高性能碳质材料，由于其结构致密、晶粒尺寸小，因此除具备一般碳质材料的耐高温、润滑、耐磨损、生物相容性好等共性优点外，还具有强度高、不透气、可加工性能优良等特点，不需任何浸渍等后处理就可直接用做高性能机械密封组件，其强度、耐磨、密封性能、生物相容性、可加工性能等都大大优于传统碳质材料。目前这种新型炭材料作为涂层材料已在原子能工业和生物工程中得到广泛应用。但由于通常采用小型流化床工艺或转动床工艺，受到反应器尺寸小、沉积时间短、沉积条件不稳定等条件的制约，只能制备直径小于30毫米，厚度小于2毫米的各向同性热解炭涂层，限制了各向同性热解炭材料作为机械密封材料在航天、航空、船舶等领域的应用。
实用新型内容为了克服上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能够生产大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备。
本实用新型的技术方案是一种制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，具有变压器、水冷系统、温控系统、沉积装置、气体流量控制和尾气处理系统，所述沉积装置为固定床扰流沉积装置，沉积装置的反应器下端开口处设有气体分配板，气体分配板中心设有倒锥形开口，气体分配板上端为筛孔结构。
所述沉积装置的反应器内径为150-300毫米。
所述气体分配板的锥角α为120-160度。
所述筛孔结构上的筛孔直径为2-10毫米、间距2-20毫米。
本实用新型的优点及有益效果是本实用新型设计了气体分配板筛孔结构，这一设计实现了各向同性热解炭材料在沉积基体上的连续、光滑的长时间沉积，为制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料奠定了基础。
图1为本实用新型沉积设备示意图。
图2为本实用新型固定床扰流沉积装置示意图。
图3为Φ132毫米×Φ170毫米×20毫米的各向同性热解炭材料环。
图中，1反应器；2沉积基体；3筛孔结构；4气体分配板。
具体实施方式
本实用新型设备利用化学气相沉积工艺制备各向同性热解炭材料。图1是设备示意图，主要分为变压器、水冷系统、温控系统、沉积装置、气体流量控制和尾气处理系统六部分。变压器通过石墨发热体对沉积装置进行加热，用红外测温仪、温控系统测量和调控沉积温度。沉积装置是固定床扰流沉积装置。碳氢气体为甲烷、丙烷、丙烯或乙烯等，稀释和载带气体为氢气，气体的流量由流量计和针阀测量控制。生产时需要水冷系统对沉积装置进行冷却。反应产生的尾气由尾气处理系统处理。
该设备的核心是我们开发的固定床扰流沉积装置，如图2所示。反应器1内径为150-300毫米，反应器1下端开口处设有气体分配板4，气体分配板4中心设有倒锥形开口，气体分配板4锥角α为120-160度，气体分配板4上端为筛孔结构3，筛孔直径为2-10毫米、间距2-20毫米，其作用是对碳氢气体和氢气实现扰流效果。沉积基体2悬挂在气体分配板4上方，采用各向同性细颗粒石墨，细颗粒石墨粒径小于75微米。碳氢气体在高温下裂解，在沉积基体2上沉积生成各向同性热解炭材料。通过以上的设计，实现了各向同性热解炭材料在该装置中的长时间稳定沉积，从而可获得最大直径为200毫米，最大厚度为20毫米的各向同性热解炭材料。
图3是利用该设备制备得到的环状各向同性热解炭材料样品。其规格为内径×外径×高度为Φ132毫米×Φ170毫米×20毫米。
权利要求1.一种制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，具有变压器、水冷系统、温控系统、沉积装置、气体流量控制和尾气处理系统，其特征在于所述沉积装置为固定床扰流沉积装置，沉积装置的反应器(1)下端开口处设有气体分配板(4)，气体分配板(4)中心设有倒锥形开口，气体分配板(4)上端为筛孔结构(3)。
2.按照权利要求1所述制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，其特征在于所述沉积装置的反应器内径为150-300毫米。
3.按照权利要求1所述制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，其特征在于所述气体分配板的锥角α为120-160度。
4.按照权利要求1所述制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，其特征在于所述气体分配板上端筛孔结构上的筛孔直径为2-10毫米、间距2-20毫米。
专利摘要本实用新型涉及机械密封材料的制备技术，具体为一种制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料的设备，具有变压器、水冷系统、温控系统、沉积装置、气体流量控制和尾气处理系统，所述沉积装置为固定床扰流沉积装置，反应器下端开口处设有气体分配板，气体分配板中心设有倒锥形开口，气体分配板上端为筛孔结构。本实用新型设计了气体分配板筛孔结构，这一设计实现了各向同性热解炭材料在沉积基体上的连续、光滑的长时间沉积，为制备大尺寸机械密封用各向同性热解炭材料奠定了基础。
文档编号C23C16/54GK2835255SQ20052009276
公开日2006年11月8日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者白朔, 徐红军, 罗川, 周金玉, 成会明 申请人:中国科学院金属研究所