一种筒类碳?碳复合材料坯体压差浸渍增密装置的制造方法
【专利摘要】一种筒类碳?碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，包括上盖板、下底板、螺栓螺母组件、浸渍液管道组件；待浸渍坯体位于所述上盖板和所述下底板之间，在所述坯体分别与所述上盖板和所述下底板之间设置有密封垫，所述上盖板和所述下底板间用所述螺栓螺母组件紧固；在所述下底板上设置有底孔，所述浸渍液管道组件端部焊接在所述底孔处；所述浸渍液管道组件上设置有浸渍液泵送装置，当所述泵送装置工作时使得所述坯体的内外形成压力差。利用本发明装置对筒类碳?碳复合材料坯体浸渍，浸渍比较充分，增密速度快，可以降低化学气相沉积的工艺时间。
【专利说明】
一种筒类碳-碳复合材料坯体压差浸溃増密装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种浸渍装置，特别是涉及一种筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增山目.0
【背景技术】
[0002]碳-碳复合材料(c_c composite or carbon-carbon composite material)是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(〈2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650°C以上应用的少数备选材料，理论上，最高可耐2600°C的高温。因此被认为是最有发展前途的耐高温材料之一。
[0003]现有制备碳-碳复合材料的主要工艺是等温CVD(化学气相沉积)工艺，该工艺简单、易操作，可同时对多个大小和形状不同的预制体进行致密，且在制备密度和组织结构均匀可控的碳-碳复合材料方面具有潜力。但是，在采用等温CVD工艺制备过程中，热解碳会优先沉积到预制体的表面，使预制体表面孔隙过早封闭，影响其内部增密，通常需要采用低温、低气体浓度来降低反应速度和多次机械加工去除表面结壳来打开孔隙，因而制备高密度碳-碳复合材料的制备周期长达一个月甚至几个月，制造效率低，成本高。
[0004]目前，制备碳-碳复合材料的工艺还有一种温度梯度CVD工艺，这种温度梯度CVD工艺是对传统等温CVD工艺的改进。在此工艺设备中，预制体内的温度呈梯度分布，前驱体通过扩散传质从低温区到达高温区发生沉积，热解沉积区由内侧向外侧逐步推进，与传统等温CVD工艺相比，大大提高了材料密度的均匀性。但材料从前驱体进入预制体内仍主要依赖其扩散作用，气体传输缓慢，材料致密化速率低。
[0005]另外，现在也有采用浸渍-碳化工艺制备碳-碳复合材料的，通常采用等压工艺:将待浸渍坯体置于浸渍罐中，采用高压将浸渍液压入坯体中，然后进行碳化，重复多次即得所需密度的碳-碳复合材料坯体。例如，CN 103145437A公开了一种快速填充碳/碳复合材料内部孔隙的树脂等压液相浸渍致密化方法，包括采用PIP工艺和带浸渍液等压回收装置的真空热压罐，以氮气为保护气体，先在真空条件下用浸渍液浸渍碳纤维预制体或低密度C/C坯体工件，再在氮气压力条件下使浸渍液向工件内部渗透，然后等压回收多余的浸渍液，继续等压升温使树脂热固化，再碳化为填充工件内部孔隙的碳基体。上述操作循环进行若干次得所需要密度的碳/碳复合材料构件。该方法所需浸渍压力通常会达到5MPa，当坯体密度越来越高时，坯体中的孔隙率越来越小所需浸渍压力会更大;对浸渍设备要求很高，设备也比较复杂，生产设备比较昂贵，同时因压力过大而操作比较危险。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种浸渍效率高，增密速度快，浸渍压力小且安全系数高的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，包括上盖板、下底板、螺栓螺母组件、浸渍液管道组件;待浸渍坯体位于所述上盖板和所述下底板之间，在所述坯体分别与所述上盖板和所述下底板之间设置有密封垫，所述上盖板和所述下底板间用所述螺栓螺母组件紧固；在所述下底板上设置有底孔，所述浸渍液管道组件端部焊接在所述底孔处;所述浸渍液管道组件上设置有浸渍液栗送装置，当所述栗送装置工作时使得所述坯体的内外形成压力差。
[0008]进一步，所述浸渍液栗送装置为齿轮栗、柱塞栗、叶片栗中的一种。
[0009]进一步，所述浸渍液选用碳化残碳量较高的呋喃树脂或液体沥青。
[0010]进一步，为了方便观察浸渍压力及调运方便，在所述上盖板上设置有压力表和吊环。
[0011 ] 进一步，所述上盖板上设置有泄压阀。
[0012]进一步，所述下底板上焊接有筒体，在所述筒体上设置有排液阀，这样可以使渗透过坯体的浸渍液得到回收，不至于到处流动。
[0013]进一步，为了方便放置装置，在所述下底板下设置有支架，所述支架由型钢焊接而成。
[0014]进一步，为了减少浸渍液的用量，在所述坯体内设置有填充件。
[0015]进一步，所述浸渍液管道组件设置有三通接头，所述三通接头的一端与进液管相连，所述进液管与储液槽相连，所述进液管上依次设置有进液阀门、浸渍液栗送装置;另一端与排液管相连，所述排液管与储液槽相连，所述排液管上设置有放液阀。
[0016]进一步，为了在较大浸渍压力下，密封的可靠，将所述密封垫可更换成密封环，所述密封环的上、下面上均设置有O型圈沟槽，其横截面呈“H形”；所述密封环的沟槽内设置有O形圈。
[0017]本发明装置运转方式:准备，各阀门均处于关闭状态—开启浸渍液栗送装置，同时打开进液阀门—当压力表达到工艺压力时，关闭进液阀门，同时关闭浸渍液栗送装置—开启排液阀，保压至工艺时间，坯体表面完全渗透浸渍液—开启放液阀，剩余浸渍液流回储液槽中—取下坯体，对坯体进行碳化处理。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
(1)用本发明装置通过使筒类坯体内外产生压差，坯体内压力通常<1.5MPa，使浸渍液在压差下完全渗透坯体，并使得浸渍液残留在坯体内，生产效率较高，碳化后增密效果明显，大大降低了化学气相沉积的工艺时间；
(2)本发明结构紧凑，制造成本低，设备操作和维护简便，安全系数高。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1所示实施例的密封垫替换成密封环的结构示意图；
图3为图2的A局部放大图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0021]实施例1 参照图1、图2和图3，本实施例装置包括上盖板1、下底板2、螺栓螺母组件3、浸渍液管道组件4;待浸渍坯体5位于所述上盖板I和所述下底板2之间，在所述坯体5分别与所述上盖板I和所述下底板2之间设置有密封垫14，所述上盖板I和所述下底板2间用所述螺栓螺母组件3紧固；在所述下底板2上设置有底孔23，所述浸渍液管道组件4端部焊接在所述底孔23处；所述浸渍液管道组件4上设置有浸渍液栗送装置41，当所述栗送装置41工作时使得所述坯体5的内外形成压力差。
[0022]所述上盖板I上设置有压力表11、吊环12和泄压阀13;所述下底板2上焊接有筒体21，在所述筒体21上设置有排液阀22;所述下底板2下设置有支架24，所述支架24由型钢焊接而成。
[0023]为了减少浸渍液得用量，在所述坯体5内设置有填充件51。
[0024]所述浸渍液管道组件4设置有三通接头43，所述三通接头43的一端与进液管相连，所述进液管与储液槽42相连，进液管上依次设置有进液阀门45、浸渍液栗送装置41;另一端与排液管相连，所述排液管储液槽42相连，排液管上设置有放液阀44。
[0025]所述浸渍液栗送装置41为齿轮栗;所述浸渍液为呋喃树脂。
[0026]以下压差浸渍外径为660mm，内径为600mm，高度为300mm的24inch碳-碳复合材料i甘祸还体，初始密度为1.0g/cm3，要求最终还体密度多1.5 g/cm30
[0027]本实施例装置运转方式:将装置及坯体5准备好，各阀门均处于关闭状态—开启浸渍液栗送装置41齿轮栗，同时打开进液阀门45—当压力表达到工艺压力0.SMPa时，关闭进液阀门45，同时关闭浸渍液栗送装置41齿轮栗—开启排液阀22，保压至工艺时间30min，坯体5表面完全渗透浸渍液—开启放液阀44，剩余浸渍液流回储液槽42中—取下坯体5，对坯体5进行碳化处理。重复上述浸渍-碳化2次循环，称重测量:密度为1.55 g/cm3。
[0028]如果采用传统的CVD方法，从初始密度为1.0g/cm3到最终密度多1.5 g/cm3，需要CVD时间彡300h。
[0029]实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于:所述浸渍液栗送装置41为叶片栗;所述浸渍液为液体沥青。所述密封垫14替换成密封环15，所述密封环15的上、下面上均设置有O型圈沟槽，其横截面呈“H形”；所述密封环15的沟槽内设置有O形圈。浸渍压力为1.2MPa。
[0030]以下压差浸渍外径为660mm，内径为600mm，高度为300mm的24inch碳-碳复合材料i甘祸还体，初始密度为1.0g/cm3，要求最终还体密度多1.5 g/cm3o
[0031]本实施例装置运转方式:将装置及坯体5准备好，各阀门均处于关闭状态—开启浸渍液栗送装置41叶片栗，同时打开进液阀门45—当压力表达到工艺压力1.2MPa时，关闭进液阀门45，同时关闭浸渍液栗送装置41叶片栗—开启排液阀22，保压至工艺时间15min，坯体5表面完全渗透浸渍液—开启放液阀44，剩余浸渍液流回储液槽42中—取下坯体5，对坯体5进行碳化处理。重复上述浸渍-碳化2次循环，称重测量:密度为1.52 g/cm3。
[0032]如果采用传统的CVD方法从初始密度为1.0g/cm3到最终密度多1.5g/cm3，需要CVD时间彡300h。
[0033]其余同实施例1。
[0034]实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于:所述浸渍液栗送装置41为柱塞栗;所述浸渍液为呋喃树脂。所述密封垫14替换成密封环15，所述密封环15的上、下面上均设置有O型圈沟槽，其横截面呈“H形”；所述密封环15的沟槽内设置有O形圈。浸渍压力为1.5MPa。
[0035]以下压差浸渍外径为660mm，内径为600mm，高度为300mm的24inch碳-碳复合材料i甘祸还体，初始密度为1.0g/cm3，要求最终还体密度多1.5 g/cm3o
[0036]本实施例装置运转方式:将装置及坯体5准备好，各阀门均处于关闭状态—开启浸渍液栗送装置41柱塞栗，同时打开进液阀门45—当压力表达到工艺压力1.5MPa时，关闭进液阀门45，同时关闭浸渍液栗送装置41柱塞栗—开启排液阀22，保压至工艺时间lOmin，坯体5表面完全渗透浸渍液—开启放液阀44，剩余浸渍液流回储液槽42中—取下坯体5，对坯体5进行碳化处理。重复上述浸渍-碳化2次循环，称重测量:密度为1.60 g/cm3。
[0037]如果采用传统的CVD方法从初始密度为1.0g/cm3到最终密度多1.5g/cm3，需要CVD时间彡300h。
[0038]其余同实施例1。
[0039]以上仅是本发明的较佳实施例，只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，包括上盖板(I)、下底板(2)、螺栓螺母组件(3)、浸渍液管道组件(4);待浸渍坯体(5)位于所述上盖板(I)和所述下底板(2)之间，在所述坯体(5)分别与所述上盖板(I)和所述下底板(2)之间设置有密封垫(14)，所述上盖板(I)和所述下底板(2)间用所述螺栓螺母组件(3)紧固；在所述下底板(2)上设置有底孔(23)，所述浸渍液管道组件(4)端部焊接在所述底孔(23)处;其特征在于:所述浸渍液管道组件(4)上设置有浸渍液栗送装置(41)，当所述栗送装置(41)工作时使得所述坯体(5)的内外形成压力差。2.根据权利要求1所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述浸渍液栗送装置(41)为齿轮栗、柱塞栗、叶片栗中的一种。3.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述浸渍液为呋喃树脂或液体沥青。4.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述上盖板(I)上设置有压力表(11)和吊环(12)。5.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述上盖板(I)上设置有泄压阀(13)。6.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述下底板(2)上焊接有筒体(21)，在所述筒体(21)上设置有排液阀(22)。7.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述下底板(2)下设置有支架(24)，所述支架(24)由型钢焊接而成。8.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述还体(5)内设置有填充件(51)。9.根据权利要求1或2所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述浸渍液管道组件(4)设置有三通接头(43)，所述三通接头(43)的一端与进液管相连，所述进液管与储液槽(42)相连，所述进液管上依次设置有进液阀门(45)、浸渍液栗送装置(41);另一端与排液管相连，所述排液管与储液槽(42)相连，所述排液管上设置有放液阀(44)。10.根据权利要求1至9之一所述的筒类碳-碳复合材料坯体压差浸渍增密装置，其特征在于:所述密封垫(14)可更换成密封环(15)，所述密封环(15)的上、下面上均设置有O型圈沟槽，其横截面呈“H形”；所述密封环(15 )的沟槽内设置有O形圈。
【文档编号】C04B35/622GK106083125SQ201610757993
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月30日
【发明人】戴开瑛, 张治军, 康志卫, 伍盼阳
【申请人】湖南南方搏云新材料股份有限公司