[发明专利]一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法

摘要

一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法，包括如下步骤：（1）按照筒体的尺寸规格，利用石墨材料设计与制作成型模具；（2）根据筒体的使用功能要求，分别设计密封类筒体和结构类筒体的产品结构；（3）利用缠绕机进行缠绕成型；（4）固化处理；（5）碳化处理；（6）CVD致密化处理；（7）高温处理；（8）机加工成型。与传统碳/碳筒体生产技术相比，本工艺具有以下优点：（1）产品设计净尺寸成型，产成品加工余量少，生产成本低较为传统工艺成本的60%；（2）产品纤维含量高，成型产品胚体基础密度高，生产周期时间短、节省加工余量、强度高的优势，本工艺可实现碳/碳筒体的密封功能，有效提高炉内热处理效率，提高炉外保温材料的使用寿命，可用作气体传输管道，具有推广性、创新优势和批产优势。

主权项

1.一种缠绕工艺制备碳/碳筒体的方法，包括以下步骤：（1）按照筒体的尺寸规格，利用石墨材料设计与制作成型模具；（2）根据筒体的使用功能要求，设计产品结构，密封类筒体采用石墨纸、碳布与碳丝按比例相结合的缠绕成型结构，结构类筒体采用碳布与碳丝按比例缠绕成型结合结构；（3）利用缠绕机进行缠绕成型，首先将成型模具装上旋转轴并固定在缠绕机上，然后在石墨筒表面铺上脱模层，并用塑料胶带粘紧，使脱模纸处于贴紧状态；启动设备，通过调节转动电机转速来控制成型模具的旋转速度，调节左右移动电极转速来控制碳丝缠绕角度，成型具体工艺步骤如下：a.碳布裁剪，根据模具外径及高度裁剪铺层碳布，碳布长度为模具周长的1~1.2倍，碳布缠绕层数n根据产品厚度h而定，取经验公式n=h/0.3；b.第一层碳布铺设，首先在脱模层上刷上一层树脂，将第一层碳布铺在脱膜层上，碳布紧贴成型模具；c.第一次碳丝缠绕，将碳丝置于固定旋转轴上，牵出碳丝经浸渍槽牵引至成型模具上，按照调整好的模具旋转速度与缠绕角度，启动机器，在第一层碳布上均匀的完成碳丝缠绕层；d.重复第一层碳布的铺设方法，在沾有树脂的碳丝表面铺设第二层碳布；e.重复第一层碳丝的的缠绕方法，完成第二层碳丝缠绕；f.石墨纸的缠绕，按照步骤b的方式将柔性石墨纸平铺在碳丝上，并压实石墨纸，同时在石墨纸外表面全面涂抹一层树脂。本工序根据产品功能实际需要进行设计添加。对于密封类筒体石墨纸不少于3层，结构类筒体不执行本工序。g. 根据产品厚度重复步骤d、步骤f（仅针对密封类筒体）、步骤e，完成筒体的缠绕成型工序。（4）固化处理，整个筒体在旋转状态下进行固化，固化工艺如下：固化温度180±40℃，固化时间10±5h，保温4±2h；（5）碳化处理，固化完成后产品转入碳化炉进行碳化处理，碳化工艺参数为：碳化温度800±200℃，碳化时间60±10h，保温4±2h，全过程采用惰性气体保护或真空；（6）化学气相沉积（CVD）致密化处理，利用化学气相沉积工艺，提高坯体密度；结构类筒体密度要求≥1.40g/cm3，密封类筒体密度要求≥1.50g/cm3， CVD工艺参数如下：化学气相沉积温度1100±200℃，处理时间10±5h，保温4±2h后通沉积气体，沉积气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、天然气等气态有机气体，流量设定为1.0±0.5L/min，控压2000±1000Pa，沉积时间120±60h；（7）高温处理，对CVD增密后的坯体，进行高温处理；高温处理工艺如下：高温处理温度2200±200℃，处理时间36±12h，保温4±2h，全程采用惰性气体保护或真空；（8）机加工成型，该缠绕成型工序实现对产品内径和外径净尺寸成型。