專利名稱：碳纖維編織物表面涂敷sic保護(hù)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對(duì)碳纖維(包括石墨化碳纖維)及其延續(xù)產(chǎn)品高溫防氧化處理的方法。
碳化硅具有良好的高溫適應(yīng)性和理想的強(qiáng)度和硬度，但普通的方法很難實(shí)現(xiàn)SIC層對(duì)碳纖維的涂敷，在復(fù)合材料領(lǐng)域用SIC表面涂層來(lái)做為碳纖維的保護(hù)層最為理想。但至今為止沒有找到實(shí)現(xiàn)此目的工藝的方法，而成為本領(lǐng)域科技人員所熱門的研究題目。
本發(fā)明構(gòu)思利用高頻感應(yīng)線圈在碳纖維編織物面層會(huì)激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)大的感應(yīng)電流，所產(chǎn)生的感應(yīng)渦流瞬時(shí)可使局部表層產(chǎn)生1000℃以上的高溫，如果同時(shí)在高溫區(qū)域噴吹三氯甲基硅烷和氫氣的方式使在高溫區(qū)域產(chǎn)生SIC氣相沉積，就能形成SIC層與碳纖維表層的牢固結(jié)合。連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)線圈及將通有反應(yīng)混合氣的噴嘴同步位移，使產(chǎn)生感應(yīng)高溫的織物表面局域高溫掃描全部織物的外表面，同時(shí)SIC氣相沉積層區(qū)域也隨之?dāng)U展到全部外表面，形成完整而致密的SIC表面層涂敷，這就形成了完整的高溫下的防氧化保護(hù)層。以上加工過程是在密閉容器內(nèi)進(jìn)行的，操作在密閉容器內(nèi)保持三氯甲基硅烷的氣氛下完成的。
下面結(jié)合給出的加工簡(jiǎn)圖進(jìn)一步來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的目的是如何實(shí)現(xiàn)的。
其中1代表密閉容器，1A代表三氯甲基硅烷的充氣口，1B為尾氣排氣口，2為待加工碳纖維編織物，2A為形胎，2B為旋轉(zhuǎn)軸，3為平行雙線式高頻感應(yīng)圈，4為三氯甲基硅烷與氫氣混合氣體噴嘴，4A為三氯甲基硅烷與氫氣混合氣的充氣口，5為定位陶瓷支架，6代表使感應(yīng)線圈和噴嘴同步位移的伺服機(jī)構(gòu)，7代表高頻電源，8代表匹配調(diào)節(jié)器。
所采取的高頻發(fā)生器7采取13.56M工業(yè)高頻振蕩電源，通過匹配器8將高頻能量加在平行雙線感應(yīng)圈3上，就會(huì)在線圈調(diào)整到距碳纖維織物表層5～15mm時(shí)激勵(lì)出強(qiáng)大的感應(yīng)渦流在碳纖維表面層形成1200℃～1350℃的高溫，為產(chǎn)生氣相沉積反應(yīng)創(chuàng)造了條件。
平行雙線式感應(yīng)線圈中的平行線間距為10mm～20mm之間，中間設(shè)置一個(gè)扁口噴嘴4，所通入三氯甲氯硅烷和氫氣的混合氣體恰好噴在1200℃～1350℃的熾熱碳纖維織物表層，產(chǎn)生反應(yīng)后生成的SIC沉積在加熱區(qū)，所生成的HCL隨過量的三氯甲基硅烷成為尾氣排出，將尾氣中的HCL吸收后將尾氣中的三氯甲基硅烷氣體回收再利用。
平行雙線式感應(yīng)線圈3與扁狀噴嘴4共同組裝在同一個(gè)可移動(dòng)的陶瓷支架5上，陶瓷支架5定位在可移動(dòng)的伺服機(jī)構(gòu)6上，使噴嘴4的出口噴氣方向指向高頻感應(yīng)下的渦流加熱區(qū)域內(nèi)，這樣隨著陶瓷支架5的移動(dòng)，二者同步位移實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維掃描式的逐區(qū)涂敷作業(yè)。此時(shí)如果將碳纖維編織物所制成的具體產(chǎn)品用胎具2A支撐定型，并在伺服機(jī)構(gòu)6的驅(qū)動(dòng)下緩緩驅(qū)動(dòng)下對(duì)應(yīng)感應(yīng)線圈3及噴嘴4做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。
如果是單一的平面或旋轉(zhuǎn)幾何面則對(duì)應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)就僅是簡(jiǎn)單的平行驅(qū)動(dòng)，或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。如果是平面、旋轉(zhuǎn)幾何面的結(jié)合形體，其加工操作中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，復(fù)雜一點(diǎn)而已，仍可采用本發(fā)明所述的方法來(lái)完成對(duì)復(fù)雜曲面的SIC層涂敷。
利用本發(fā)明所述的方法，全部加工是在密閉容器1內(nèi)完成，并在三氯甲基硅烷氣氛中進(jìn)行的，可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀的碳纖維織物表層實(shí)現(xiàn)SIC層的涂敷，從而使碳纖維得到了一層強(qiáng)有力的高溫保護(hù)層，使其應(yīng)用有更廣泛的適應(yīng)性。
權(quán)利要求
1.碳纖維編織物表面涂敷SIC涂層的方法，其特征在于該方法是在密閉的容器(1)內(nèi)采取對(duì)織物表面局部高頻加熱的同時(shí)噴吹三氯甲基硅烷和氫氣混合氣的方式使編織物表面對(duì)應(yīng)局部區(qū)域在產(chǎn)生感應(yīng)高溫同時(shí)發(fā)生SIC氣相沉積，連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)加熱感應(yīng)圈(3)并同步移動(dòng)反應(yīng)混合氣的噴嘴(4)，使感應(yīng)發(fā)熱與氣相沉積區(qū)域掃描整個(gè)編織物表面，即能形成碳纖維編織物表面的抗氧化SIC保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其特征在所采取的高頻電源(7)為13.56MHZ的工業(yè)高頻振蕩電源，通過匹配器(8)加載在平行雙線感應(yīng)線圈(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征在于平行式感應(yīng)線圈(3)的間距為10～20mm，其應(yīng)用時(shí)與被加工的碳纖維織物表面間距保持5～15mm，調(diào)節(jié)功率施加能使局部區(qū)域產(chǎn)生1200℃～1350℃高溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其特征在于高頻感應(yīng)線圈(3)與氣相反應(yīng)所需的混合氣體噴嘴(4)借助陶瓷支架(5)組裝成一體，噴嘴(4)的方向指向產(chǎn)生高頻渦流加熱區(qū)域，噴嘴(4)和感應(yīng)線圈(3)在伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下同步移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的方法，其特征在于碳纖維紡織物表面在伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于感應(yīng)線圈(3)和氣相反應(yīng)氣體噴嘴(4)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維編織物整體外平面的噴涂掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其特征在于碳纖維編織物是平面狀，也可織成旋轉(zhuǎn)幾何體狀，對(duì)應(yīng)的噴涂掃描的伺服機(jī)構(gòu)是平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，借助相對(duì)運(yùn)動(dòng)將SIC的涂敷區(qū)域擴(kuò)大到整個(gè)編織物的表層。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)碳纖維(包括石墨化碳纖維)編織物涂敷一層SIC的方法，該方法采用平行雙線式高頻感應(yīng)線圈接近碳纖維表面層激勵(lì)產(chǎn)生強(qiáng)大渦流生成表面局部區(qū)域高溫，在此時(shí)向該高溫區(qū)域內(nèi)噴射三氯甲基硅烷和氫氣的混合氣體，產(chǎn)生反應(yīng)后生成的SIC沉積高溫區(qū)域形成結(jié)合緊密的SIC保護(hù)層，借助感應(yīng)線圈與同步噴嘴的掃描式位移實(shí)現(xiàn)整體織物外表層涂敷SIC保護(hù)層的目的。全部操作在密閉容器內(nèi)完成，借助充入密閉容器三氯甲基硅烷形成正壓，反應(yīng)尾氣中大量的三氯甲基硅烷回收再利用，生成物HCl用化學(xué)法分離。
文檔編號(hào)C23C16/32GK1438359SQ0310459
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者陳新謀 申請(qǐng)人:陳新謀