通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备和方法_2

文档序号:9560833阅读:来源:国知局
构和两个具有一定间距的转向引导单元2,该绕丝机构能够牵引纤维1并保持纤维1的连续进给,转向引导单元2能够在纤维1经过该转向引导单元2时使纤维1转向和定位,所述通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备还包括蒸气供应源3,蒸气供应源3能够向该两个转向引导单元2之间供给能够在纤维1的表面形成涂层的气体,如图2和图3所示。
[0025]在本实施例中,转向引导单元2呈圆柱状结构、圆筒状结构或半圆筒状结构,转向引导单元2的表面设有沿转向引导单元2的周向设置的多个凹槽,该凹槽用于嵌设纤维1,该多个凹槽沿转向引导单元2的轴向依次排列。两个转向引导单元2之间相互平行,两个转向引导单元2之间的距离为150mm?250mm,当转向引导单元2,转向引导单元2的外径90mm?110mm,两个转向引导单元2的形状和机构相同。两个转向引导单元2能够同步的以一个转动轴为轴旋转,该转动轴的轴线平行于两个转向引导单元2之间的连线,或蒸气供应源3能够以两个转向引导单元2之间的连线为轴旋转。蒸气供应源3可以为能够产生金属蒸气的坩祸,该坩祸放置于两个转向引导单元2的下方。或者,蒸气供应源3也可以为喷头或喷射口,该喷头或喷射口通过管线与金属蒸气发生装置连接,该金属蒸气发生装置产生金属蒸气后通过管线将金属蒸气输送至该喷头或喷射口,再由该喷头或喷射口向两个转向引导单元2之间供应金属蒸气。
[0026]在本实施例中,两个转向引导单元2能够同步的以一个转动轴为轴旋转,该转动轴的轴线垂直于两个转向引导单元2的轴线,该转动轴的轴线还穿过两个转向引导单元2的中心,该绕丝机构包括绕丝轮4、绕丝电机6和送丝轮5,绕丝电机6能够驱动绕丝轮4盘绕和牵引纤维1,送丝轮5能够盘绕纤维1以及向两个转向引导单元2之间供给纤维1,绕丝轮4、绕丝电机6和送丝轮5能够与两个转向引导单元2同步转动。绕丝电机6来实现纤维多次水平往返通过蒸气,即采用电机驱动绕丝轮转动实现纤维沿水平轴线的往返运动,送丝轮采用从动设计,减小装置尺寸,如图2和图3所示。
[0027]在本实施例中,该转动轴的轴线与两个转向引导单元2的轴线位于同一平面内,绕丝轮4和送丝轮5相互平行,绕丝轮4轴线与转向引导单元2的轴线平行,绕丝电机6设置在两个转向引导单元2之间。由于纤维较长,为避免沉积过程中纤维脱离绕丝轮,在缠绕过程中必须使绕丝轮和送丝轮沿与转动轴的轴线垂直的方向做往返直线运动,所以,该通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备还需要包括排丝机构,该排丝机构能够使该绕丝机构沿转向引导单元2的轴线方向往复移动,该排丝机构和该绕丝机构均能够与两个转向引导单元2同步转动。
[0028]在本实施例中,该排丝机构、该绕丝机构和两个转向引导单元2沿该转动轴的轴线方向从左向右依次排列,如如图2和图3所示,该排丝机构包括排丝电机7和导向筒8,排丝电机7的输出轴连接有螺杆,该螺杆的轴线与该转动轴的轴线Oi相交并垂直,导向筒8套设在该螺杆外,导向筒8与该螺杆螺纹连接,该螺杆的轴线与转向引导单元2的轴线平行,导向筒8仅能沿该螺杆往复移动,而不能相当于该螺杆转动,导向筒8通过连接杆9与绕丝电机6和送丝轮5连接,这样,当排丝电机7驱动该螺杆旋转时,导向筒8和连接杆9能够带动绕丝轮4、绕丝电机6和送丝轮5均沿该螺杆的轴线方向往复移动。
[0029]在本实施例中,该通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备还含有支撑架板10,排丝电机7和该螺杆均固定于支撑架板10,转向引导单元2相对与支撑架板10固定,该通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备还含有用于驱动支撑架板10以该转动轴为轴旋转的水平轴11,水平轴11的位置与排丝电机7相邻,如图2和图3所示,当水平轴11驱动支撑架板10以转动轴的轴线为轴旋转时,该排丝机构、该绕丝机构和两个转向引导单元2均同步以转动轴的轴线Oi为轴旋转。
[0030]在本实施例中,该通过物理气相沉积制备连续丝材表面涂层的设备还含有封闭的壳体,该壳体内为真空环境,该排丝机构、该绕丝机构和两个转向引导单元2均设置在该壳体内,在两个转向引导单元2之间还有两个蒸气遮蔽板20,蒸气遮蔽板20相对与支撑架板10固定,两个转向引导单元2均呈圆筒状结构,两个转向引导单元2与两个蒸气遮蔽板20一一对应连接,蒸气供应源3位于两个蒸气遮蔽板20之间,蒸气遮蔽板20的外径等于该壳体的内径,蒸气遮蔽板20上设有用于纤维1穿过的通孔,蒸气遮蔽板20相对于支撑架板10固定,如图2和图3所示。
[0031]为保证电机在真空环境中正常运行,电机必需进行强制冷却防止过热,通过加装水冷铜板对绕丝电机和排丝电机进行强制冷却。由于绕丝电机和排丝电机被水平轴带动整体做旋转运动,引入真空室内给两个电机供给电力的电信号及供给冷却的水必需实现动静转换。驱动支撑架板10和水平轴11之间设有用于给绕丝电机6和排丝电机7进行水冷的水冷机构,该水冷机构包括双层轴和水冷定子12,水冷定子12相对于该设备的机架固定,该双层轴包括同轴设置的内筒轴13和外筒轴14,内筒轴13内设有轴向通道,外筒轴14的轴线与水平轴11的轴线重合,外筒轴14的一端与水平轴11固定连接,外筒轴14的另一端与支撑架板10固定连接,水冷定子12套设于外筒轴14的一端外,水冷定子12设有用于向内筒轴13内供应液体的进液口 16,内筒轴13的周向上设有与进液口 16向对应的第一环形内流道,水冷定子12还设有能够将内筒轴13和外筒轴14之间的环形密封腔内的液体排出的排液口 15,外筒轴14的周向上设有与排液口 15向对应的第二环形内流道,外筒轴14的另一端外设有冷却液入口 17和冷却液出口 18,冷却液入口 17仅与内筒轴13内连通,冷却液出口 18仅与内筒轴13和外筒轴14之间的环形密封腔连通,绕丝电机6和排丝电机7上均设有空心的水冷铜板24,冷却液出口 18与绕丝电机6上的水冷铜板24的入口和排丝电机7上的该水冷铜板24的入口连接,冷却液入口 17与绕丝电机6上的水冷铜板24的出口和排丝电机7上的该水冷铜板24的出口连接,水冷定子12和冷却液出口 18之间还设有导电滑环19,导电滑环19套设于外筒轴14外。水冷定子12的两端均设有轴承22,轴承22套设于水冷定子12和外筒轴14之间,在水冷定子12内,左侧的轴承22和排液口 15之间设有唇形密封圈23、排液口 15和进液口 16之间设有唇形密封圈23、进液口 16和右侧轴承22之间设有唇形密封圈23,如图4所示。
[0032]在设备的传动部分外罩水冷铜罩,防止蒸气使传动部位受热损坏。电信号的传输采用SHN030-12S的12路过孔式导电滑环19,能保证两个步进电机的正常供电及两路限位信号的精准传输。
[0033]下面介绍该设备的工作过程:经分析蒸气分布范围后,取有效沉积长度为200_。为防止纤维在转折过程中出现折断,纤维1的转向半径应大于SiC纤维的最小弯曲半径。经过弯曲试验分析,W芯增强的SiC纤维(直径约ΙΟΟμπι)的最小弯曲半径约为15mm,为保证纤维在多次往返后仍不被拉断并避免相互遮蔽,项目组拟定最小转向半径为40mm。SiC纤维的直径约100 μm,当涂层厚度为50 μπι时,金属基复材中纤维含量约为25%,沉积完涂层的金属基复材先驱丝的直径小于200 μ m0为满足长纤维沉积的需求,在有限的空间内,确定绕丝轮可缠绕高度h为7.5mm、可缠绕宽度b为25mm,则绕丝轮可缠绕纤维长度大于1200m。
[0034]在沉积过程中,绕丝电机6驱动绕丝轮4转动,排丝电机7驱动绕丝轮4和送丝轮5共同沿与转向引导单元2的轴线方向做往返直线运动,同时这绕丝电机6、排丝电机7、绕丝轮4、送丝轮5、转向引导单元2等要被水平轴11带动以该转动轴的轴线整体做旋转运动,水平轴11的轴线与该转动轴的轴线重合。多次往返的SiC纤维通过送丝轮5,经过两个转向引导单元2,回到绕丝轮4。SiC纤维在蒸气供应源3的上方被蒸镀上涂层,支撑架板10与壳体21转动密封
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