专利名称：一种高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于高温保护加热技术领域，特别适合用作碳纤维高温碳化炉炉管。
(二)技术背景目前，高温炉炉管的材料主要采用耐热钢，Al2O3，SiC，石墨等，耐热钢可用于空气加热炉，但温度一般不超过1000℃，Al2O3和SiC管材可在空气介质中应用，最高使用温度可达到1500℃，但在高温下，该类管材致密性将大幅度下降，会出现管外部气体向管内部弥渗的现象，在高保护气氛要求的场合将不能使用，并且抗热疲劳性能较差，反复使用后易于开裂。石墨管耐高温性能好，热疲劳性能也好，高温下本身还能消耗炉管内气氛中的微量氧和微量水，但该类炉管要求必须在高纯保护气氛下使用，并且炉管内外均需要可靠保护。
在碳纤维生产过程中，高温碳化是一个必不可少的工序，其高温炉温度要求1400℃，炉管内部保护气体纯度要求微量氧和微量水必须低于1PPM，否则会影响产品质量。
目前的Al2O3和SiC炉管虽能满足温度要求，但都无法保证炉管内1400℃下的保护气氛纯度要求，并且炉管在使用几次后就会因为热疲劳而开裂。
发明内容针对目前各类高温管材的不足，本发明开发了一种高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺。
本发明高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺，其结构特征在于该复合材料炉管由三层结构组成，内层为高纯石墨管，中间层为陶瓷管，外层为碳纤维缠绕层。中间陶瓷管是本发明复合材料炉管的骨架，外部碳纤维缠绕层增加了本复合材料炉管的高温疲劳性能和韧性，内层石墨管在高温下与通过管壁渗入管内的微量氧及水份发生反应，生成CO及H2，起到保护炉管内产品免遭氧化的作用。本发明的制造工艺如下(1)以Al2O3或SiC为原料，烧制加工中间层陶瓷管。
(2)以Al2O3或SiC陶瓷管为骨架，将与无机高温粘结剂充分浸渍的碳纤维缠绕在陶瓷管外侧，在保护气氛下加热，使陶瓷管和碳纤维缠绕层紧密结烧在一起。
(3)将多段结构的高纯石墨管，利用石墨粘结剂将管段之间及管段与中间层陶瓷管内壁粘合。多段结构的石墨管，既有利于石墨管的加工成型，也有利于本发明的安装和使用。
为了防止高温下外部碳纤维缠绕层接触氧化性介质而导致性能下降，在碳纤维缠绕层的外侧表面再涂敷一层致密无机高温粘结剂。
本发明在三层结构的共同作用下，具有耐高温，抗热疲劳，强度大，并能提供管内气氛保护功能。
图1为发明结构示意图。
图中1为碳纤维复合缠绕层，2为陶瓷管，3为石墨管。
1和2之间为紧密烧结型结构形式，2和3之间通过石墨粘结剂粘结在一起。
具体实施方式
本发明采用分段组合加工方式完成整个制造过程。首先烧制加工中间层陶瓷管，然后在陶瓷管外侧缠绕碳纤维层，并在碳纤维缠绕层的最外侧涂敷一层致密的无机粘结剂，最后在陶瓷管内安装石墨管。具体实施过程如下实施例1加工Al2O3陶瓷管，内径30mm，外径36mm，长度2000mm。
用12K碳纤维混合Al2O3高温粘结剂均匀缠绕在Al2O3陶瓷管外侧，缠绕厚度为1.5mm，将缠绕好的复合管置于烧结炉中烧结，烧结温度500℃，时间2小时。
加工高纯石墨管5根，每根长度400mm，外径29.5mm，内径25mm。
在每根石墨管的端部及外壁涂抹石墨胶，从已经加工好的复合材料管一端依次压紧粘劳塞入复合管，晾干后石墨管内衬便牢固地与陶瓷管粘合在一起。
将上述复合材料管用作碳纤维生产高温炉炉管，通入纯度为99.999％的高纯氮气作为保护气体，本发明的炉管生产出的碳纤维抗拉强度比单纯用Al2O3高温管生产出的碳纤维抗拉强度提高10％以上。
实施例2按照实施例1的方法加工本法发明复合材料炉管，所不同的是中间层陶瓷管材质为SiC。用作碳纤维生产高温炉炉管后，用本发明的炉管生产出的碳纤维抗拉强度比单纯用SiC高温管生产出的碳纤维抗拉强度提高13％以上。
权利要求
1.高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺，其特征在于该复合材料炉管由三层结构组成，内层为高纯石墨管，中间层为陶瓷管，外层为碳纤维缠绕层。其制造工艺如下(1)以Al2O3或SiC为原料，烧制加工中间层陶瓷管。(2)以Al2O3或SiC陶瓷管为骨架，将与无机高温粘结剂充分浸渍的碳纤维缠绕在陶瓷管外侧，在保护气氛下加热，使陶瓷管和碳纤维缠绕层紧密结烧在一起。(3)将多段结构的高纯石墨管，利用石墨粘结剂将管段之间及管段与中间层陶瓷管内壁粘合。
2.根据权利要求书1所述的高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺，其特征在碳纤维缠绕层的外侧表面涂敷有一层致密无机高温粘结剂。
全文摘要
高温碳纤维复合材料炉管及其制造工艺，其结构特征为该复合材料炉管由三层结构组成，内层为高纯石墨内衬，中间层为Al
文档编号B32B18/00GK1693062SQ2005100432
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月18日 优先权日2005年4月18日
发明者朱波, 王成国, 蔡华甦, 崔金祎 申请人:山东大学