[实用新型]一种制备炭/炭构件的新型液相气化渗透沉积装置

说明书

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种以液态前驱体为炭源制备炭/炭构件的新型液相气化渗透沉积装置，属于复合材料加工设备领域。

(二)背景技术：

炭/炭(C/C)复合材料具有比重轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、摩擦性好等一系列优异性能，已成功应用于航空航天等领域，特别是炭/炭复合材料飞机刹车盘取代粉末盘成为飞机摩擦材料的第四个里程碑。传统的C/C复合材料制备工艺主要是液相浸渍工艺和等温化学气相渗透工艺，但其制备周期长(600～1200小时)，成本高，炭前驱体利用率低等缺点，制约了其应用，尤其是在民用工业方面。1984年，由法国原子能委员会研究人员提出的化学液相气化渗透(chemical liquid-vaporized infiltration，简称CLVI)沉积技术，其致密化速率比等温化学气相渗透工艺快2个数量级以上，能大幅度缩短制备周期，降低制备成本。

CLVI法快速致密化的原因是：(1)预制体存在相当大的热梯度，致密化前沿温度高(900～1200℃)、气体浓度高；(2)预制体始终浸泡在液态前驱体中，缩短了前驱体渗透、扩散的路径；(3)预制体内部温度梯度引起的反应物浓度梯度，液态烃剧烈沸腾形成液态以及气态反应物的循环对流均促使反应气体向致密化前沿快速流动、渗透、扩散，消除了扩散传输的限制，使致密化过程受控于化学反应动力学，从而大幅度提高致密化速率。

目前国内外一些相关的报道，大多是在试验室制备的小试样试验，前驱体利用率，密度不均匀，热解炭结构不均一，对于炭/炭构件的有关CLVI沉积装置和制备工艺由国外的个别专业公司掌握，其相关的技术都处于保密状态。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于：提供一种安全快速制备炭/炭构件的新型液相气化渗透沉积装置，以提高前驱体利用率，制备高质量的炭/炭构件，降低成本费用，为国内生产、使用炭/炭构件提出一种合适的装置。

本实用新型一种制备炭/炭构件的新型液相气化渗透沉积装置，在保证获得密度均匀和热解炭结构均一的炭/炭构件的前提下，最大限度地减小沉积系统的能量消耗和提高前驱体利用率，其技术方案为：在沉积炉内安装多级冷却回流系统，以保证蒸发未分解的热解炭前驱体能够冷却回流至炉体内，保证在一次沉积内循环使用前驱体，提高前驱体的利用率；炭/炭构件预制体(圆盘形或圆形)放置在圆盘形或圆形石墨发热体的上下表面，同时在炭/炭构件预制体表面包覆一层2～3mm的炭毡或玻璃纤维毡，保证该预制体表面能有效的沉积，获得高质量炭/炭构件；液态前驱体可以选用煤油、汽油、环己烷、苯、萘和甲苯等。

本实用新型的具体技术解决方案如下：

炉底上固定炉体，炉体上装配可开闭的炉盖，炉盖上安装了冷却回流系统，上述结构组成沉积装置的主体。感应线圈安装在炉体内，并连接感应加热电源系统，感应加热电源系统连接控制系统，石墨发热体和炭/炭构件预制体紧密连接，放置在感应线圈中央并固定在炉底上的支架上，在冷却回流系统上安装导管(图中未示)将反应后的气体引入在线气体检测系统，并经液态前驱体供给和回流系统回流到炉体内。

其中，炉底上安装冷却水入口和冷却水出口。

其中，炉体的炉壁为水冷壁，外壁上安装有冷却水入口和冷却水出口，炉体上安装光学观察窗，用于观察炉体内的各种现象。

其中，炉体外壁上连接保护气，保护气通过气体流量计和气体阀门与炉体连接。保护气通过气体阀门控制，气体流量计测定保护气流量大小，保护气可以为氮气或氩气。

其中，石墨发热体采用隔热材料包覆，炭/炭构件预制体放置在石墨发热体的上下表面，炭/炭构件预制体的外表面包覆一层2～3mm的炭毡或玻璃纤维毡，保证该预制体表面能有效的沉积，获得高质量炭/炭构件，其厚度依炭/炭构件预制体的厚度和密度以及液态前驱体而定。

其中，热电偶安置在石墨发热体和炭/炭构件预制体不同位置上，测量不同位置的温度值，读数在控制系统显示屏上显示。

其中，炉体上安装液位控制系统，有效地控制液态前驱体在炉体内体积，以及控制补充液态前驱体的时间。

其中，炉盖上安装有冷却水入口和冷却水出口。

其中，冷却回流系统外壁开有冷却水入口和冷却水出口，制冷系统安装在冷却回流系统内，有效地冷却蒸发液态前驱体，并将其回流至炉体内。压力表安装在冷却回流系统上，测量系统内的压力。压力安全阀安装在冷却回流系统的上部，当压力超过一定值时，活动阀(图中未示)将自动弹出，有效防止炉体内压力过大产生爆炸等。