一種碳纖維表面涂復(fù)碳化硅的工藝和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種射頻法碳纖維石墨化工藝的進一步完善和補充技術(shù)，亦是對生產(chǎn)聞質(zhì)量石墨纖維現(xiàn)有射頻制備的改進。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維石墨化的加工工藝，在采用了射頻法加工后取得較大的進展，大大地降低了生產(chǎn)工藝中的能耗，提高了質(zhì)量，降低了成本，從而十分有利于石墨化碳纖維的應(yīng)用與推廣。作為一種具有優(yōu)秀力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料而言，比起傳統(tǒng)的石墨電爐法生產(chǎn)的確有了長足的進步。新的裝置和工藝并沒有改變傳統(tǒng)法生產(chǎn)出來石墨化碳纖維的化學(xué)特性。特別是在高溫環(huán)境下易氧化，而使其力學(xué)性能受到嚴重威脅和破壞，在與金屬材料復(fù)合時會出現(xiàn)強烈的反應(yīng)，而使得復(fù)合后材料的力學(xué)性能下降。如何借助射頻法加工碳纖維產(chǎn)品工藝和設(shè)備的先進性來進一步改善石墨化碳纖維的化學(xué)品質(zhì)，從而使該纖維取得質(zhì)的飛躍就成為此加工行業(yè)迫在眉睫的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是利用射頻聚焦式加熱裝置實現(xiàn)碳纖維(石墨纖維)涂復(fù)耐高溫的碳化硅面層的目的。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
借助射頻聚焦式加熱裝置所形成的高頻線性聚焦電磁場對運動中的碳纖維加熱，在石英管反應(yīng)器中制造一個氯硅烷和高純氫氣的反應(yīng)環(huán)境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時將碳化硅氣相沉積在碳纖維表面，形成耐高溫的表面涂層。反應(yīng)中生成的氯化氫排出反應(yīng)器被石灰水吸收。隨著碳纖維連續(xù)通過聚焦電磁場并被加熱至1100?1300°C,逆向充入氯娃烷和高純氫氣就會隨之反應(yīng)在碳纖維的表面形成一層SiC涂層，適當(dāng)掌握走絲的速度、反應(yīng)溫度和充入反應(yīng)氣體量，可以控制表面涂層的厚度。
【附圖說明】
[0005]圖1為本發(fā)明的專用射頻加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0006]其中:1.高頻發(fā)生器，2.射頻匹配器，3.射頻電纜，4.射頻耦合腔，5.石英管反應(yīng)器，5A.混合氣體加入口，5B.氯化氫抽氣口， 5C、5D.密封氬氣入口，6.混合配氣室，6A.氯硅烷流量計，6B.氫氣流量計，7.氯硅烷氣源，8.高純氫氣源，9.碳纖維，10、
11.碳纖維收放絲機構(gòu)。
【具體實施方式】
[0007]如附圖1所示，本發(fā)明的具體實施例主要包括以下步驟:
碳纖維9通過石英管反應(yīng)器5時，很容易在射頻聚焦區(qū)被感應(yīng)加熱至1100?1300°C，向石英管反應(yīng)器(5)內(nèi)沿碳纖維運動逆向?qū)肼裙柰楹透呒儦錃獾幕旌蠚?，形成一個反應(yīng)環(huán)境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時實現(xiàn)SiC沉積在石墨碳纖維表面形成涂層。
[0008]碳纖維9借助收放絲機構(gòu)10、11實現(xiàn)運動，穿過石英管反應(yīng)器5，其線速度控制在2-2.5米/分。所充入的氯硅烷的流量為0.5-0.8升/小時，高純氫氣的充入量為0.3-0.6升/小時，兩端密封氬氣充入量為0.3-0.5升/小時，可以保證石英管反應(yīng)器內(nèi)的標準反應(yīng)氣氛，高純氫氣的純度要求達到99.99%。
[0009]實現(xiàn)碳纖維表面涂復(fù)碳化硅的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)包括高頻發(fā)生器1，射頻匹配器2，射頻耦合腔4，連接在匹配器2和耦合腔4之間的射頻電纜3，從射頻耦合腔4中穿過的石英管反應(yīng)器5，碳纖維收放絲機，10、11組成。而石英管反應(yīng)器5是為本發(fā)明特別設(shè)計的，它是細長管狀，兩端收口成細孔管脛，碳纖維9從收絲輪出來進入石英管反應(yīng)器5，在兩端管脛內(nèi)側(cè)均設(shè)有密封氬氣入口 5C、5D，在出絲口端反應(yīng)器設(shè)有反應(yīng)氣體一氯硅烷和高純氫氣混合氣體加入口 5A，在石英管反應(yīng)器的中部設(shè)有氯化氫抽氣口 5B，該注入氣口 5A通過管路接在氯娃燒和氫氣混合配氣室6,在通過流量計6A、6B分別與氯娃燒和高純氫氣氣源7、8相連。這樣就可以分別按工藝設(shè)計要求將氯硅烷和高純氫氣按一定比例注入混配室6，再按這個比例注入石英管反應(yīng)器5以實現(xiàn)SiC氣相沉積的反應(yīng)過程。
[0010]利用以上的裝置和所設(shè)計的工藝要求最終可以實現(xiàn)碳纖維表面形成致密、牢固的碳化硅復(fù)合層，從而大大提高了碳纖維應(yīng)用中抗高溫氧化能力，并改善了它與金屬的復(fù)合質(zhì)量，對碳纖維應(yīng)用范圍的擴展和力學(xué)性能增強起著重要的作用。
【主權(quán)項】
1.一種碳纖維表面涂復(fù)碳化硅的方法，其特征在于:該方法借助射頻聚焦式加熱裝置對運動中的碳纖維加熱，其特征在于碳纖維(9)被加熱時，向石英管反應(yīng)器(5)內(nèi)沿碳纖維運動逆向?qū)肼裙柰楹透呒儦錃獾幕旌蠚猓纬梢粋€反應(yīng)環(huán)境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時實現(xiàn)SiC沉積在石墨碳纖維表面形成涂層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維表面涂復(fù)碳化硅的工藝和裝置，該裝置為改進型3射頻聚焦式加熱器。利用聚焦電磁場將碳纖維加熱至1100～1300℃，并在石英管或反應(yīng)器中制造一個氯硅烷和高純氫氣的反應(yīng)環(huán)境，使氯硅烷裂解生成氯化氫的同時將碳化硅氣相沉積在碳纖維表面，形成耐高溫的表面涂層。
【IPC分類】C23C16-32, D06M10-06
【公開號】CN104652120
【申請?zhí)枴緾N201310599601
【發(fā)明人】鞠洪建
【申請人】大連惟康科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月25日