专利名称：一种c/c复合材料导电螺纹杆的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法。
背景技术：
国内制氟等化工行业的电极-导电螺纹杆采用紫铜材料。目前存在的主要问题是紫铜与无定形碳电极板的热物理性能不匹配，因热应力累积效应，导致无定形碳电极板使用寿命缩短，仅能使用不到2个月就发生胀裂，需要停炉重新更换，不仅增加了成本而且影响了生产进度。而国外进口三维编织导电螺纹杆的价格十分昂贵，难以大量应用。
导致三维编织C/C复合材料高昂成本的主要原因是三维编织预制体编织成型周期长、设备投入大。这也是三维编织C/C复合材料只能在宇航等高科技领域应用、难以工业化应用的主要原因。
发明内容
本发明的目的是为克服三维编织C/C复合材料预制体编织成型周期长、成本高的缺点，提供一种成型周期短、成本低的C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是工一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂，拉拔碳纤维棒；(2)用缠绕机在轴向碳纤维棒上环向缠绕碳纤维/糠酮树脂复合材料层，制得预成型体，缠绕机轴向步进量等于螺纹间距；(3)将预成型体在烘箱中固化4～6小时，固化温度为200℃；(4)将步骤(3)中固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃～1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯；(5)将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150～250小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3～1.50g/cm3；(6)采用高残碳沥青作为浸渍剂，对导电杆毛坯浸渍-碳化致密4～6次，直到导电杆毛坯的密度达到1.55g/cm3～1.75g/cm3；(7)将浸渍-碳化致密后的导电杆毛坯按步骤(2)中的环向缠绕方向机加螺纹，最终得到导电螺纹杆产品。
所述步骤(2)中环向纤维缠绕的螺纹间距为2～20毫米。
本发明与现有技术相比具有以下优点(1)克服三维编织C/C复合材料预制体编织成型周期长、成本高的缺点，制备的C/C复合材料导电螺纹杆具有成型周期短、成本低，具有广阔工业化推广应用前景。
(2)本发明制备的C/C复合材料导电螺纹杆为各向异性，呈皮芯结构，表皮螺纹为环向纤维，芯部为轴向纤维。与准各向同性三维编织C/C复合材料导电螺纹杆相比，本发明导电杆轴向纤维含量明显高于三维编织导电螺纹杆，因而轴向电阻率低于三维编织导电螺纹杆；纤维缠绕方向与螺纹走向相同，螺纹中纤维连续，螺纹不容易出现掉渣掉牙现象，螺纹连续性好，可替代进口三维编织C/C复合材料导电螺纹杆。
(3)继承了化学气相沉积工艺和沥青浸渍裂解工艺适合“任意复杂形状的大尺寸部件、可批量化规模生产”等特点。
具体实施例方式
实施例1采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化4小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为900℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150小时，此时导电杆毛坯密度为1.45g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.60g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。
实施例2采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ22mm×320mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量5mm；将预成型体在烘箱中固化4小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为1000℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体250小时，此时导电杆毛坯密度为1.50g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密4次，密度达到1.70g/cm3；机加得到长300mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。
实施例3采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化6小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体180小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.55g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。
实施例4采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化5小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体200小时，密度达到1.50g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.75g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。
权利要求
1.一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂，拉拔碳纤维棒；(2)用缠绕机在轴向碳纤维棒上环向缠绕碳纤维/糠酮树脂复合材料层，制得预成型体，缠绕机轴向步进量等于螺纹间距；(3)将预成型体在烘箱中固化4～6小时，固化温度为200℃；(4)将步骤(3)中固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃～1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯；(5)将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150～250小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3～1.50g/cm3；(6)采用高残碳沥青作为浸渍剂，对导电杆毛坯浸渍-碳化致密4～6次，直到导电杆毛坯的密度达到1.55g/cm3～1.75g/cm3；(7)将浸渍-碳化致密后的导电杆毛坯按步骤(2)中的环向缠绕方向机加螺纹，最终得到导电螺纹杆产品。
2.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中环向纤维缠绕的螺纹间距为2～20毫米。
全文摘要
本发明公开了一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，采用“轴向碳纤维棒+碳纤维缠绕环向螺纹”预制体，首先进行快速化学气相沉积工艺致密，短时间内制备出中密度C/C复合材料毛坯；沿缠绕方向加工螺纹杆，然后以沥青为浸渍剂，对多孔中密度C/C复合材料毛坯进行反复“真空浸渍－加压裂解”，最终得到高密度C/C复合材料导电螺纹杆。本发明制备的C/C复合材料导电螺纹杆，解决了目前常用的紫铜电极杆与无定形碳电极板热物理性能不匹配，导致无定形碳电极板胀裂、使用寿命缩短的技术问题；同时克服了三维编织增强C/C导电螺纹杆“周期长、成本高”的缺点，具有轴向强度高、螺纹连续性好的特点，可替代进口三维编织C/C复合材料导电螺纹杆。
文档编号C04B35/83GK1948224SQ20061010482
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者闫联生, 苏红, 王涛, 姚冬梅, 宋麦丽, 郑金煌, 赵景鹏 申请人:西安航天复合材料研究所