製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐的製作方法

2023-09-19 08:55:50

專利名稱：製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐的製作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型屬於飛機炭剎車盤製造設備技術領域，尤其是涉及一種製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐。
二背景技術：
化學氣相滲透(CVI)是製造飛機炭剎車盤的首選工藝方法，它是將炭纖維預製體置於專用的CVI爐內，加熱至所要求的溫度，通入氣態前軀體(碳氫化合物)，氣體熱解後擴散至含較大孔隙的預製體中，將碳沉積在炭纖維周圍和空隙中使預製體緻密化最終形成炭/炭複合材料剎車盤(炭盤)，此過程簡稱CVI緻密化工藝。根據工藝過程中溫度與壓力控制及氣體流向可將其分為等溫法、壓差法、熱梯度法等。由於工藝方法不同，所用CVI爐也不完全相同。
採用CVI工藝生產飛機炭剎車盤的CVI爐有以下類型1.等溫法CVI爐它是最早採用的也是應用最為廣泛的設備，炭纖維預製體置於爐內均熱空間裡，反應氣體從預製體表面流過並擴散至預製體內部。目前主要炭盤製造商如Messier(法國)、Dunlop(英國)等公司均採用此類設備。根據爐膛有效尺寸的大小等溫法CVI爐可選用不同加熱方式(中頻感應，石墨電阻)及一次裝爐量，其中以大型中頻感應爐居多。其特點是可適應大批量生產(一次經濟裝爐量可達400-500盤)，產品綜合性能穩定，一致性好，產品尺寸不變限制。但是，其沉積速率較低，工藝周期較長，需大型感應器和石墨發熱體與之配套，實現起來較為困難。
2.壓差法CVI爐這是某些廠商製造炭盤的主要設備，它與等溫法CVI爐一樣，炭纖維預製體置於爐內均熱空間裡，不同之處在於是氣體強制流過預製體，在預製體中心和外表面形成壓力差。此法特別適於炭盤類零件，其沉積速率較等溫法CVI有明顯提高，但是其裝爐量一般僅50-60盤，要實現大批量生產需多臺設備。
3.熱梯度法ZL200320121747.X(製造飛機炭剎車盤的外熱梯度氣相沉積爐)、ZL200310115118.0(炭剎車盤負壓定向流外熱梯度化學滲透方法及其設備)ZL00226753.5(飛機用炭剎車盤的氣相沉積爐)、ZL00113952.5(飛機炭剎車盤的快速氣相沉積炭方法及其設備)，這些專利所述工藝可簡稱為熱梯度法，它是在熱梯度CVI爐內實現的，其特點是在負壓下在預製體徑向建立熱梯度，預製體緻密過程由高溫面向低溫面逐漸延伸直至內外密度基本一致時為止。此法沉積速率明顯高於等溫法和壓差法CVI，但是此法一次裝爐量少(一般40-60盤左右)產品一致性難以保證，同時，還需增加後續樹脂炭增密工序。
三
發明內容
本實用新型的目的在於改進已有技術的不足而提供一種適用於大批量生產、工藝適應性較強、可用於等溫法和壓差法、造價相對低廉採用石墨電阻方式加熱、不需大型感應器和石墨發熱體的製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐。
本實用新型的目的是這樣實現的，製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，是由水冷爐底、水冷爐體、真空接口和水冷爐蓋組成，其特點是在爐體內設有多個料柱單元，每個料柱單元最外層為保溫筒，保溫筒固定在爐底上並與料柱單元同心，保溫筒的上端設有保溫蓋，保溫筒內設有固定在爐底絕緣座上的筒形石墨發熱體，石墨發熱體底面兩側凸耳部各有一個導電桿連接孔，導電桿上端穿過爐底與石墨發熱體緊密連接，下端與電源匯流排連接，石墨發熱體內底部設有石墨吊板和石墨託架，筒形沉積室放置於石墨吊板上，進氣管穿過爐底並伸入沉積室中心。
為了進一步實現本實用新型的目的，可以是所述的料柱單元的數量是3的倍數且座落在爐底上，料柱單元在爐體內均勻分布且以中心為基準彼此與爐體的中心或內壁等距。
為了進一步實現本實用新型的目的，可以是在保溫筒的上部、側面以及料柱單元的中心各設有一個測溫或控溫熱電偶保護套管，熱電偶插在套管中。
本實用新型與已有技術相比具有以下顯著特點和積極效果(1)與傳統大型CVI爐不同，本設備爐膛內有多個管式石墨發熱體，每一發熱體構成一料柱單元，待處理炭盤置於發熱體中，依靠發熱體熱源及由底部輸入氣體等實現CVI過程，根據需要可在爐體內布置多個料柱，所有料柱均放置於爐底上，必要時通過爐底升降機構進出爐膛，使單臺設備一次裝爐量可達100-600盤不等，適合飛機炭盤產品大批量生產需要，同時又避免採用感應式加熱所需大型感應器和石墨發熱體及相應可控矽變頻器等，設備造價較低，實現起來容易。
(2)料柱單元以管式石墨發熱體為中心，它通過導電桿與爐底電源匯流排相連，發熱體外有炭纖維保溫筒和蓋板，內腔下部有石墨託架，託架上放置石墨吊板和筒狀沉積室及蓋板，利於加熱保溫，保證產品質量，同時方便原料和成品的吊裝。
(3)CVI用氣體經各料柱中心石墨進氣管送入沉積室，各沉積室廢氣通過沉積室上蓋板排氣孔匯入爐體上部空間由抽氣口經真空系統排出，可通過選擇不同種類碳氫化合物氣體種類和調節不同料柱氣體用量實現熱解炭結構可控，確保盤體達到所需性能要求。
(4)每個石墨發熱體中心部上下各設一支測溫熱電偶，發熱體中部側向設一控溫熱電偶，可以有效控制溫度。
(5)炭盤預製體疊放及沉積室安裝在爐外進行，其疊放方式可按工藝要求選定(等溫或壓差法)，不僅和現行大型CVI爐一樣採用等溫法CVI工藝疊放，還可採用壓差法CVI工藝疊放，裝好的帶沉積室的預製體可通過底部吊板從爐體上部裝入發熱體中。
(6)採用與料柱數相適應的真空炭管爐用三相功率可調電源，保證每一發熱體輸入功率一致，同爐產品質量一致性好，便於控制批次產品質量。
(7)根據料柱單元數量確定爐體、爐蓋、爐體尺寸及相應電源、真空、送氣裝置容量及結構等。
四以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。


圖1為本實用新型爐體的結構示意圖。
圖2為
圖1的俯向剖視圖。
圖3為本實用新型的另一種俯向結構示意圖。
五、具體實施方案實施例1，製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，參照
圖1、圖2，水冷爐體2放置在水冷爐底1上，其上部側向設有真空接口3，爐體2上蓋水冷爐蓋4，在爐體內設有料柱單元10，料柱單元10的數量是3的倍數且均勻分布在爐體1腔內，即料柱單元10可以是3、6、9、12、15或18及以上，本實施例中料柱單元10為3個，爐體內徑約為1800mm，每個料柱單元10在爐體2內均勻分布且以中心為基準彼此間與爐體2中心或內壁等距，料柱單元10最外層為保溫筒7，保溫筒7安放在水冷爐底1上，保溫筒7的上端設有保溫蓋6，保溫筒7內設有固定在爐底1絕緣座上的筒形石墨發熱體8，石墨發熱體8底面兩側凸耳部各有一個導電桿連接孔，導電桿15上端穿過爐底1與石墨發熱體8連接孔緊密連接，下端與電源匯流排16連接，石墨發熱體8內底部中心設有石墨託架14和石墨吊板13，筒形沉積室9放置於石墨吊板13上，石墨託架14固定在爐底1上，進氣管11從爐底1穿過並伸入沉積室9中心，進氣管11下部側孔與送氣系統相連，在每一料柱10中保溫筒7、石墨發熱體8、筒形沉積室9、石墨吊板13、石墨託架14、進氣管11等均保持同心。在保溫筒7的上部、側面以及料柱單元10的中心各設有一個測溫或控溫熱電偶保護套管5、12、17，熱電偶插在套管中，這構成本實用新型一種結構。
實施例2，製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，參照
圖1、圖3，是在實施例1的基礎上，料柱單元10的數量設置為18個，爐體內徑約為4500mm，一次裝爐量可達600餘盤，其它與工作時，首先將待處理炭纖維預製體疊放在石墨吊板13上，套上筒形沉積室9，然後，整體吊入石墨發熱體8內，待每個料柱10全部吊裝完畢後蓋上爐蓋4、抽真空、升溫，溫度達要求值後，氣體經進氣管11的進氣孔進入沉積室9內，完成CVI後餘氣及付產物由保溫蓋6出口匯入爐體2上部經真空接口3排出，底部和上部熱電偶管5、17用於測定爐溫，側面熱電偶管12用於控制爐溫，出爐時通過石墨吊板13將處理過的炭纖維預製體連同筒形沉積室9一起從石墨發熱體8內吊出。
權利要求1.製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，是由水冷爐底(1)、水冷爐體(2)、真空接口(3)和水冷爐蓋(4)組成，其特徵是在爐體(2)內設有多個料柱單元(10)，每個料柱單元(10)最外層為保溫筒(7)，保溫筒(7)固定在爐底上並與料柱單元(10)同心，保溫筒(7)的上端設有保溫蓋(6)，保溫筒(7)內設有固定在爐底(1)絕緣座上的筒形石墨發熱體(8)，石墨發熱體(8)底面兩側凸耳部各有一個導電桿連接孔，導電桿(15)上端穿過爐底(1)與石墨發熱體(8)緊密連接，下端與電源匯流排(16)連接，石墨發熱體(8)內底部設有石墨吊板(13)和石墨託架(14)，筒形沉積室(9)放置於石墨吊板(13)上，進氣管(11)穿過爐底並伸入沉積室(9)中心。
2.根據權利要求1所述的製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，其特徵是所述的料柱單元(10)的數量是3的倍數且座落在爐底(1)上，料柱單元(10)在爐體(2)內均勻分布且以中心為基準彼此與爐體(2)的中心或內壁等距。
3.根據權利要求1所述的製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，其特徵是在保溫筒(7)的上部、側面以及料柱單元(10)的中心各設有一個測溫或控溫熱電偶保護套管(5)、(12)、(17)，熱電偶插在套管中。
專利摘要本實用新型公開了製造飛機炭剎車盤的炭管式多料柱大型氣相沉積爐，是在爐體內設有多個料柱單元，料柱單元最外層為保溫筒，保溫筒固定在爐底上並與料柱單元同心，保溫筒內設有固定在爐底絕緣座上的筒形石墨發熱體，石墨發熱體的導電桿與電源匯流排連接，石墨發熱體內底部設有石墨吊板和石墨託架，筒形沉積室放置於石墨吊板上，進氣管穿過爐底並伸入沉積室中心，本實用新型具有適用於大批量生產、工藝適應性較強、可用於等溫法和壓差法、造價相對低廉採用石墨電阻方式加熱、不需大型感應器和石墨發熱體的特點。
文檔編號F27B14/04GK2903095SQ200620082888
公開日2007年5月23日 申請日期2006年4月7日 優先權日2006年4月7日
發明者郝廣政, 田樹民, 閆根程, 欒吉崗, 趙裕生, 劉玉清, 莊敬文, 曹家文 申請人:煙臺冶金新材料研究所