(19)中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局
(12)發(fā)明專利申請
(10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請?zhí)?201610621416.4
(22)申請日 2016.07.29
(71)申請人 煙臺魯航炭材料科技有限公司
地址 264000 山東省煙臺市開發(fā)區(qū)牡丹江
路1號
(72)發(fā)明人 劉玉清 閆跟成 欒吉剛 張宜杰
(74)專利代理機(jī)構(gòu) 煙臺上禾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)
所(普通合伙) 37234
代理人 劉志毅
(51)Int.Cl.
C04B 35/83(2006.01)
C04B 35/622(2006.01)
(54)發(fā)明名稱一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C ／C發(fā)熱體的制造方法(57)摘要本發(fā)明涉及一種大型化學(xué)氣相沉積爐用C/C 發(fā)熱體的制造方法，包括如下步驟：1)編織預(yù)制體：采用12K聚丙烯腈基炭纖維布和短切炭纖維網(wǎng)胎交替鋪疊針刺制成圓形多孔預(yù)制體；2)將預(yù)制體放入真空爐內(nèi)進(jìn)行增密；3)將致
密化的多孔預(yù)制體進(jìn)行機(jī)械加工，開出導(dǎo)帶。采用本發(fā)明的方法得到的C/C發(fā)熱體克服了石墨發(fā)熱體高溫強(qiáng)度低、抗熱震性能差、不抗碰撞、熱膨脹系數(shù)與熱解炭不匹配，使用壽命短的缺陷，在生產(chǎn)炭剎車盤裝出爐及維修操作中，抗碰撞，不易損壞，基體炭與熱解炭熱膨脹系數(shù)一致，抗熱震不易產(chǎn)生裂紋，
其使用壽命是石墨發(fā)熱體的4～5倍。權(quán)利要求書1頁 說明書3頁 附圖2頁CN 106278343 A 2017.01.04
C N 106278343
A
1.一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)編織預(yù)制體：采用12K聚丙烯腈基炭纖維和短切炭纖維網(wǎng)胎交替鋪疊針刺制成圓形多孔預(yù)制體；
2)增密預(yù)制體：將步驟1)中所得的多孔預(yù)制體放入真空爐內(nèi)進(jìn)行高溫增密，形成內(nèi)部多孔材質(zhì)，增密所用炭源氣體為丙烯或天然氣與丙烷的混合氣體，增密周期視密度情況選定，將其密度控制在1.0～1.4g/cm 3，從而獲得具有不同電阻率的發(fā)熱體坯體；
3)開導(dǎo)帶：將步驟2)中所得的致密化的發(fā)熱體坯體進(jìn)行機(jī)械加工，開出導(dǎo)帶，根據(jù)化學(xué)氣相沉積電阻爐加熱空間及承載的物料熱平衡來計算出其變壓器額定功率及輸出電流電壓，按照變壓器阻抗與發(fā)熱體電阻相同或相近的原則，進(jìn)而計算C/C發(fā)熱體的電阻，導(dǎo)帶的長度和橫截面積根據(jù)如下公式計算：式中，R-發(fā)熱體的電阻值；ρ-發(fā)熱體的電阻率；L-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶長度；S-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶橫截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，其特征在于，步驟1)中12K聚丙烯腈炭纖維布與短切炭纖維網(wǎng)胎之間還鋪設(shè)有一層炭纖維長絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，其特征在于，步驟2)中增密炭源氣體為丙烯氣體，其工藝參數(shù)如下：溫度850～950℃，丙烯流量為40～80SLM，氮?dú)饬髁繛?0～70SLM，壓力為2.0～
4.0KPa ，沉積時間為350～500h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，其特征在于，步驟2)中增密炭源氣體為天然氣和甲烷，其工藝參數(shù)如下：溫度950～1050℃，天然氣流量為50～100SLM，丙烷流量為12～30SLM，壓力2.0～4.0KPa ，沉積時間為300～400h。
權(quán) 利 要 求 書1/1頁CN 106278343 A
一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種C/C發(fā)熱體的制造方法，尤其涉及一種大型多料柱化學(xué)氣相沉積爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，屬于C/C應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002]化學(xué)氣相沉積爐的加熱方式大體可分兩類，一類為中頻感應(yīng)加熱，一類為石墨電極加熱，這兩類加熱方式都離不開石墨發(fā)熱體，受原材料石墨限制，石墨制品的直徑尺寸目前只能達(dá)到1.5m，而大于1.5m的石墨電極成型很困難。作為大型化學(xué)氣相沉積爐用發(fā)熱體，要求在高溫下導(dǎo)電性好，耐高溫，耐熱震，導(dǎo)熱系數(shù)大，機(jī)械強(qiáng)度高。而石墨本身是脆性材料，在使用過程中極易受到碰撞而損壞。在化學(xué)氣相沉積過程中有熱解炭滲透到石墨中，由于石墨熱膨脹系數(shù)與熱解炭不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力，易造成石墨裂紋而損壞；同時在化學(xué)氣相沉積過程中需要頻繁開爐停爐操作，溫度從室溫到900～1050度往返周期進(jìn)行，由于石墨抗熱震性差，也極易造成石墨發(fā)熱體裂紋而損壞，使石墨發(fā)熱體的使用壽命大大縮短。[0003]C/C復(fù)合材料除了優(yōu)異的摩擦磨損性能、高溫下(2600度)強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)高，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)外，還有良好的電學(xué)性質(zhì)。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)層面方向具有良好的導(dǎo)電性，而層間則較差使其具有較好的比電阻，故而可用于加熱爐發(fā)熱體。一般普通石墨電極電阻率為10-13μΩm，
超高功率石墨電極9-11μΩm，而C/C復(fù)合材料為25-40μΩm，C/C復(fù)合材料的電阻率為石墨材料的2-4倍；同時密度不同對應(yīng)的電阻率也不同，可根據(jù)不同的要求進(jìn)行調(diào)控，故C/C復(fù)合材料發(fā)熱體可設(shè)計性強(qiáng)。隨著國內(nèi)C/C復(fù)合材料制造技術(shù)的日益成熟及成本降低，對C/C復(fù)合材料的需求量也在不斷增加，進(jìn)而對制造炭復(fù)合材料的化學(xué)氣相沉積爐的需求量在逐年增加，并且向大型化規(guī)模化發(fā)展，迫切需要使用壽命長，性價比高的新型發(fā)熱體材料替代目前廣泛使用的石墨發(fā)熱體。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有石墨發(fā)熱體存在的不足，提供一種大型化學(xué)氣相沉積爐用C/C發(fā)熱體的制造方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0006]一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007]1)編織預(yù)制體：采用12K聚丙烯腈基炭纖維布和短切炭纖維網(wǎng)胎交替鋪疊針刺制成圓形多孔預(yù)制體；
[0008]2)增密預(yù)制體：將步驟1)中所得的多孔預(yù)制體放入真空爐內(nèi)進(jìn)行氣相沉積增密處理，增密所用炭源氣體為丙烯或天然氣和丙烷的混合氣體，增密周期視所需材料密度情況選定，將其密度控制在1.0～
1.4g/cm3，從而獲得具有不同電阻率的發(fā)熱體坯體；
[0009]3)開導(dǎo)帶：將步驟2)中所得的致密化的C/C發(fā)熱體坯體進(jìn)行機(jī)械加工，開出導(dǎo)帶，根據(jù)化學(xué)氣相沉積電阻爐加熱空間及承載的物料熱平衡來計算出其變壓器額定功率及輸
阻，導(dǎo)帶的長度和橫截面積根據(jù)如下公式計算：式中，R-發(fā)熱體的電阻值；ρ-發(fā)熱體
的電阻率；L-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶長度；S-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶橫截面積。
[0010]進(jìn)一步，步驟1)中12K聚丙烯腈炭纖維布與短切炭纖維網(wǎng)胎之間還鋪設(shè)有一層炭纖維長絲。
[0011]進(jìn)一步，步驟2)中增密炭源氣體為丙烯氣體，其工藝參數(shù)如下：溫度850～950℃，丙烯流量為40～80SLM，氮?dú)饬髁繛?0～70SLM，壓力為2.0～4.0KPa，沉積時間為350～500h。
[0012]進(jìn)一步，步驟2)中增密炭源氣體為天然氣和甲烷，其工藝參數(shù)如下：溫度950～1050℃，天然氣流量為50～100SLM，丙烷流量為12～30SLM，壓力2.0～4.0KPa，沉積時間為300～400h。
[0013]本發(fā)明的有益效果是：
[0014]1)采用本發(fā)明的方法得到的C/C發(fā)熱體克服了石墨發(fā)熱體高溫強(qiáng)度大，抗熱震性差、不抗碰撞、
熱膨脹系數(shù)與熱解炭不匹配，使用壽命短的缺陷，在生產(chǎn)炭剎車盤裝出爐操作中，抗碰撞，不易損壞，基體炭與熱解炭熱膨脹系數(shù)，抗熱震不易產(chǎn)生裂紋，其壽命是石墨發(fā)熱體的數(shù)倍。
[0015]2)本發(fā)明的方法得到的C/C發(fā)熱體在實(shí)際使用過程中，操作穩(wěn)定，發(fā)熱均勻，容易形成均勻的溫度場，多料柱生產(chǎn)炭剎車盤質(zhì)量均勻可靠。
附圖說明
[0016]圖1為圓形預(yù)制體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為增密后的C/C坯體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為機(jī)械加工并開出導(dǎo)帶后的C/C圓形發(fā)熱體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為C/C發(fā)熱體展開結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實(shí)施方式
[0020]以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0021]實(shí)施例1：
[0022]一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，包括如下步驟：1)編織預(yù)制體：采用12K聚丙烯腈基炭纖維布和短切炭纖維網(wǎng)胎交替鋪疊針刺制成直徑為2m、高度為3m的圓柱形多孔預(yù)制體；
[0023]2)增密預(yù)制體：將步驟1)中所得的多孔預(yù)制體放入大型化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)進(jìn)行增密，制得具有要求密度的C/C坯體，增密所用炭源氣體為丙烯，其工藝參數(shù)如下：溫度850～950℃，丙烯流量為40～80SLM，氮?dú)饬髁繛?0～70SLM，壓力為2.0～4.0KPa，沉積時間為350～500h，分3個周期進(jìn)行，將其密度控制在1.0g/cm3，計算得到發(fā)熱體的電阻率為38μΩm；[0024]3)開導(dǎo)帶：將步驟2)中所得的致密化的C/C坯體進(jìn)行機(jī)械加工，開出導(dǎo)帶，根據(jù)大型化學(xué)氣相沉積電阻爐加熱空間及承載的物料熱平衡來計算出其變壓器額定功率及輸出
根據(jù)如下公式計算：式中，R-發(fā)熱體的電阻值；L-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶長度，S-形成發(fā)
熱體電阻的導(dǎo)帶橫截面積，本例中C/C發(fā)熱體的導(dǎo)帶橫截面積為1800mm2，導(dǎo)帶的長度為3250m，計算發(fā)熱體的電阻值為0.0686Ω。
[0025]實(shí)施例2：
[0026]一種大型化學(xué)氣相沉積電阻爐用C/C發(fā)熱體的制造方法，包括如下步驟：[0027]1)編制預(yù)制體：采用聚丙烯腈基炭纖維長絲、炭纖維長絲、短切炭纖維網(wǎng)胎交替鋪疊針刺制成直徑為1.5m、高度為3m的圓柱形多孔預(yù)制體；
[0028]2)增密預(yù)制體：將步驟1)中所得的多孔預(yù)制體放入大型化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)進(jìn)行增密，增密所用炭源氣體為天然氣和甲烷，其工藝參數(shù)如下：溫度950～1050℃，天然氣流量為50～100SLM，丙烷流量為12～30SLM，壓力2.0～4.0KPa，沉積時間為350～500h，分3個周期進(jìn)行，將其密度控制在1.2g/cm3，制得C/C發(fā)熱體坯體，計算得到發(fā)熱體的電阻率為30μΩm；[0029]3)開導(dǎo)帶：將步驟2)中所得的致密化的C/C發(fā)熱體坯體進(jìn)行機(jī)械加工，開導(dǎo)帶。根據(jù)大型化學(xué)氣相沉積電阻爐加熱空間及承載的物料熱平衡來計算出其變壓器額定功率及輸出電流電壓，按照變壓器阻抗與發(fā)熱體電阻相同或相近的原則，進(jìn)而計算C/C發(fā)熱體的電
阻。導(dǎo)帶的電阻根據(jù)如下公式計算：R＝式中，R-發(fā)熱體的電阻值；L-發(fā)熱體電阻的導(dǎo)
帶長度，S-形成發(fā)熱體電阻的導(dǎo)帶橫截面積，本例中C/C發(fā)熱體的導(dǎo)帶橫截面積為1500mm2，導(dǎo)帶的長度為4100m，實(shí)測發(fā)熱體的電阻值為0.082Ω。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
