專利名稱：碳纖維表面涂復碳化硅的工藝和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于射頻法碳纖維石墨化工藝的進一步完善和補充，亦是對生產高質量石墨纖維現有射頻裝備的改進。
本發(fā)明的具體內容是要借用射頻加熱專用裝置，借助該裝置所形成的高頻線性聚焦電磁場，使在運動中的碳纖維得到加熱，同時在石英管反應器中制造出一個由氯硅烷和高純氫氣的混合氣氛為反應環(huán)境，使氯硅烷在裂解時產生碳化硅沉積在碳纖維表面，形成涂層。反應中生成的氯化氫排出反應器被石灰水吸收。這樣隨著碳纖維連續(xù)通過聚集電磁場并被加熱至1100℃～1300℃，逆向充入的氯硅烷和高純氫氣就會隨之反應在碳纖維的表面形成一層Sic涂層，適當掌握走絲的速度，反應溫度和充入反應氣體量，可以控制表面涂層的厚度。下面將結合給出的本方法所專門設計的射頻加熱專置，進一步說明本發(fā)明的目的是如何實現的。
其中1代表高頻發(fā)生器，2代表射頻匹配器，3代表射頻電纜，4代表射頻耦合脛，5代表石英管反應器。5A代表混合氣體加入口，5B代表氯化氫抽氣口，5C、5D為密封氬氣入口，6代表混合配氣室，6A代表氯硅烷流量計，6B代表氫氣流量計，7代表氯硅烷氣源，8代表高純氫氣氣源，9代表磁纖維，10、11為收放絲機構。
碳纖維9借助收放絲機構10、11實現運動，穿過石英管反應器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，高純氫氣的沖入量為0.3～0.6升/小時，兩端密封氬氣的充入量為0.3～0.5升/小時，可以保證石英管反應器內的標準反應氣氛。高純氫氣的純度要求達到99.99％。
實現碳纖維表面涂復碳化硅的專用設備結構包括高頻電源1，射頻分配器2，射頻耦合腔4，連接在分配器3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器5，碳纖維收放絲機器10、11組成。而石英管反應器5是為本方法而特別設計的，它是細長管狀，兩端收口成細長管脛，碳纖維9從收絲輪出來進入石英管反應器5，在兩端管脛內側均設有密封氬氣流入口5C、5D，在出絲口端反應器設有反應氣體——氯硅烷和高純氫氣的注入氣口5A在石英管反應器的中部設有氯化氫抽氣口5B，該注入氣口5A通過管路接在氯硅烷和氫氣的混配室6，混配室6通過流量計6A、6B分別與氯硅烷和高純氫的氣源(7、8)相連。這樣就可以分別按工藝設計要求將氯硅烷氣體和高純氫氣按一定比例注入混配室6，再按這個合理的比例注入石英管反應器5以實現Sic氣相沉積的實際反應過程需要。
利用以上的裝置和所設計的工藝要求最終可以實現碳纖維(或石墨纖維)表面形成致密、牢固的碳化硅復合層，從而大大提高了碳纖維應用中抗高溫氧化能力，并改善了它與金屬的復合質量，對碳纖維應用范圍的擴展和力學性能增強起著重要的作用。
權利要求
1.碳纖維表面涂復碳化硅的方法，該方法借助射頻法電磁場聚焦裝置對運動中的石墨化碳纖維加熱，其特征在于加熱同時制造一個氯硅烷加高純氫氣的反應環(huán)境，氯硅烷裂解并生成氯化氫的同時實現Sic沉積在碳纖維表面形成涂層。
2.根據權利要求1所說的碳纖維表面涂復碳化硅的方法，其特征在于聚焦電磁場使碳纖維加溫在1100℃～1300℃下產生氣相沉積過程。
3.根據權利要求1所說的碳纖維表面涂復碳化硅的方法，其特征在于運動中的碳纖維收入絲機構引導下產生2～2.5米/分的線速度。
4.根據權利要求1所說的碳纖維表面涂復碳化硅的方法，其特征在于產生Sic沉積的氣相沉積反應所需的氣氛是由0.5～0.8升/小時的流量的氯硅烷和0.3～06升/小時流量的高經氫氣混配而成。
5.根據權利要求4所說的碳纖維表面涂復碳化硅的方法，其特征在于高純氫氣的純度應達99.99％以上。
6.根據權利要求1所說的碳纖維表面涂復碳化硅的方法，其特征在于造成反應氣氛的反應器密封氫氣充入量為0.3～0.5升/分。
7.實現纖維表面碳化硅涂層的專用設備，該設備包括高頻電源(1)，射頻功率分配器(2)，射頻發(fā)射電纜(3)，實現電磁場線性聚焦對稱射頻耦合脛(4)，石英管反應器(5)，纖維收發(fā)機構(10、11)組成，其特征在于穿過射頻耦合脛(4)的石英管反應器(5)為細長管狀，兩端收口成細孔管脛，在進出絲口管脛內側均設有氬氣充氣口(5C、5D)，在出絲口端反應器(5)處設有反應氣體混合入氣口(5A)，在反應器中管設有氯化氫抽氣口(5B)。
8.根據權利要求7所說的專用設備。其牲征在于反應氣體充氣口(5A)通過管路接到氣體混配室(6)，再通過流量計(6A、6B)后，接在氯硅烷氣源(7)和高純氫氣源(8)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及對碳纖維表面涂復碳化硅表面層的方法和專用裝置。該專置即為改進了3射頻聚焦式加熱器。利用聚焦電磁場將纖維加熱至1100℃～1300℃，并在石英管或反應器中制造一個氯硅烷和高純氫氣的反應環(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。
文檔編號C23C16/32GK1461821SQ0212107
公開日2003年12月17日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權日2002年5月31日
發(fā)明者陳新謀 申請人:陳新謀