一种化学气相渗透工艺及装置的制作方法

本发明涉及飞机刹车盘制备技术领域，特别是涉及一种化学气相渗透工艺及装置。

背景技术：

制备飞机刹车盘用高性能炭炭复合材料的关键是增密，化学气相渗透(CVI)技术是实现增密的首选方法。化学气相渗透是指把需要增密的炭纤维预制体放入CVI炉中，达到需要的温度后通入碳源气体，碳源气体热解生成的热解炭逐渐沉积填充在炭纤维预制体的空隙中。

进行化学气相渗透时，反应气里的烃类化合物中的碳原子只有10％～20％进入预制体内形成热解炭，其余大部分连同稀释气体变成尾气。目前的化学气相渗透工艺普遍存在以下不足：CVI炉的炉膛容易被反应尾气污染，长时间运行后会使设备的传热效率下降，均温性变差；反应尾气中的大分子物质在CVI炉内高温环境下为气体形态，但进入CVI炉的尾气管道后温度降低，会形成炭黑、焦油、萘等黏附在尾气管路中，造成管道堵塞，导致真空系统失效。因此，如何改进化学气相渗透工艺，以尽量避免污染CVI炉的炉膛及避免堵塞尾气管道，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种化学气相渗透工艺及装置，采用本发明提供的化学气相渗透装置，可有效避免污染CVI炉的炉膛及避免堵塞尾气管道。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种化学气相渗透装置，包括炉体，所述炉体内设置有堆料台，所述炉体内设置有隔离筒，所述隔离筒的底端与所述堆料台的上表面密封连接，所述隔离筒的顶端设置有集气罩，所述集气罩与所述隔离筒密封连接，所述集气罩的顶部延伸至所述炉体与尾气管道的连接处，所述集气罩开设有与所述尾气管道相对的出气口，所述堆料台的位于所述隔离筒内的区域内开设有通气孔，所述隔离筒内设置有用于堆放在工件上的压料盒，所述压料盒内装有多孔结构的废气吸附材料，所述压料盒开设有透气孔。

可选地，在上述化学气相渗透装置中，还包括位于所述隔离筒内的内筒，所述内筒的底端与所述堆料台的上表面密封连接，所述内筒与所述隔离筒之间的环形空间用于堆放所述工件。

可选地，在上述化学气相渗透装置中，所述废气吸附材料为多孔性碳纤维。

可选地，在上述化学气相渗透装置中，所述隔离筒的材料为石墨或炭炭复合材料。

可选地，在上述化学气相渗透装置中，所述压料盒的材料为石墨或炭炭复合材料。

可选地，在上述化学气相渗透装置中，所述集气罩为漏斗形。

一种化学气相渗透工艺，所述化学气相渗透工艺使用如上述任意一项所公开的化学气相渗透装置。

可选地，在上述化学气相渗透工艺中，每一炉结束后，更换新的所述废气吸附材料。

可选地，在上述化学气相渗透工艺中，所述工件与所述隔离筒的内壁之间的距离为10mm～50mm。

根据上述技术方案可知，本发明提供的化学气相渗透装置中，炉体内设置有隔离筒，隔离筒的底端与堆料台的上表面密封连接，隔离筒的顶端与集气罩密封连接，集气罩的顶部延伸至炉体与尾气管道的连接处，并相对尾气管道开设有出气口，工作时，反应气体经过堆料台的通气孔到达工件后，受到隔离筒和集气罩的引流限制，不会在炉体内自由扩散到炉膛表面，因此可有效避免炉膛被反应尾气污染。同时，隔离筒内设置有用于堆放在工件上的压料盒，该压料盒内装有多孔结构的废气吸附材料，反应尾气到达工件顶部的压料盒时通过压料盒的透气孔进入压料盒内部，于是反应尾气中的大分子物质多环芳烃被废气吸附材料吸附生成固态物质，最终经由集气罩的出气口进入尾气管道的反应尾气不含或仅含少量芳烃，这样的反应尾气很少形成炭黑、焦油等易黏物，从而有利于避免尾气管道被堵塞。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种化学气相渗透装置的剖视图。

图中标记为：

1、炉体；2、通气孔；3、内筒；4、工件；5、隔离筒；6、压板；7、套筒；8、废气吸附材料；9、集气罩；10、尾气管道。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1，本发明实施例提供的化学气相渗透装置包括炉体1，炉体1内设置有堆料台、内筒3和隔离筒5，其中，内筒3位于隔离筒5内，内筒3和隔离筒5的底端均与堆料台的上表面密封连接，内筒3与隔离筒5之间的环形空间用于堆放工件4。圆环形的工件4放置在堆料台上，隔离筒5内设置有用于堆放在工件4上的压料盒，压料盒包括压板6和套筒7，套筒7内装有多孔结构的废气吸附材料8，而且套筒7上开设有透气孔。隔离筒5的顶端设置有集气罩9，集气罩9与隔离筒5密封连接，集气罩9的顶部延伸至炉体1与尾气管道10的连接处，集气罩9开设有与尾气管道10相对的出气口。

内筒3和隔离筒5分别与工件4形成内环空间和外环空间，堆料台设有通气孔2，当炉体1内进行化学气相渗透作业时，反应气首先经过堆料台下方的预热空间，然后经通气孔2进入工件4与内筒3之间的内环空间，反应气中的一部分渗透进入工件4的孔隙中分解并沉积下来，分解后的尾气及其他未渗透的反应气沿工件4与隔离筒5之间的外环空间构成的导流通道上升，到达工件4顶部的压料盒时通过套筒7上的透气孔进入压料盒内部，于是反应尾气中的大分子物质多环芳烃被废气吸附材料8吸附生成固态物质，最终，不含或仅含少量芳烃的反应尾气经由集气罩9的出气口进入尾气管道10。

需要说明的是，本发明提供的化学气相渗透装置也可以处理其他形状的工件4，容易理解的是，当工件4不再是圆环形时，化学气相渗透装置完全可以省去内筒3。

如图1所示，反应气体经过堆料台的通气孔2到达工件4后，受到隔离筒5和集气罩9的引流限制，不会在炉体1内自由扩散到炉膛表面，因此可有效避免炉膛被反应尾气污染。同时，反应尾气中的大分子物质多环芳烃被废气吸附材料8吸附生成固态物质，最终经由集气罩9的出气口进入尾气管道10的反应尾气不含或仅含少量芳烃，这样的反应尾气很少形成炭黑、焦油等易黏物，从而有利于避免尾气管道10被堵塞。

具体实际应用中，废气吸附材料8可以选用多孔性碳纤维，压料盒和隔离筒5的材料一般为石墨或炭炭复合材料。为了便于反应尾气更顺畅地流出，集气罩9一般设计为漏斗形。

基于本发明提供的化学气相渗透装置，本发明还提供了一种化学气相渗透工艺，采用该化学气相渗透装置的技术效果参见前文的介绍，本文在此不再赘述。

具体实际应用中，为了获得较好的吸附效果，可在每一炉结束后更换新的废气吸附材料8。工件4与隔离筒5的内壁之间的距离以及工件4与内筒3的外壁之间的距离不宜过大，通常为10mm～50mm，例如20mm、30mm或者40mm。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。