專利名稱：一種高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于高溫保護加熱技術領域，特別適合用作碳纖維高溫碳化爐爐管。
(二)技術背景目前，高溫爐爐管的材料主要采用耐熱鋼，Al2O3，SiC，石墨等，耐熱鋼可用于空氣加熱爐，但溫度一般不超過1000℃，Al2O3和SiC管材可在空氣介質中應用，最高使用溫度可達到1500℃，但在高溫下，該類管材致密性將大幅度下降，會出現管外部氣體向管內部彌滲的現象，在高保護氣氛要求的場合將不能使用，并且抗熱疲勞性能較差，反復使用后易于開裂。石墨管耐高溫性能好，熱疲勞性能也好，高溫下本身還能消耗爐管內氣氛中的微量氧和微量水，但該類爐管要求必須在高純保護氣氛下使用，并且爐管內外均需要可靠保護。
在碳纖維生產過程中，高溫碳化是一個必不可少的工序，其高溫爐溫度要求1400℃，爐管內部保護氣體純度要求微量氧和微量水必須低于1PPM，否則會影響產品質量。
目前的Al2O3和SiC爐管雖能滿足溫度要求，但都無法保證爐管內1400℃下的保護氣氛純度要求，并且爐管在使用幾次后就會因為熱疲勞而開裂。
發明內容針對目前各類高溫管材的不足，本發明開發了一種高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝。
本發明高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝，其結構特征在于該復合材料爐管由三層結構組成，內層為高純石墨管，中間層為陶瓷管，外層為碳纖維纏繞層。中間陶瓷管是本發明復合材料爐管的骨架，外部碳纖維纏繞層增加了本復合材料爐管的高溫疲勞性能和韌性，內層石墨管在高溫下與通過管壁滲入管內的微量氧及水份發生反應，生成CO及H2，起到保護爐管內產品免遭氧化的作用。本發明的制造工藝如下(1)以Al2O3或SiC為原料，燒制加工中間層陶瓷管。
(2)以Al2O3或SiC陶瓷管為骨架，將與無機高溫粘結劑充分浸漬的碳纖維纏繞在陶瓷管外側，在保護氣氛下加熱，使陶瓷管和碳纖維纏繞層緊密結燒在一起。
(3)將多段結構的高純石墨管，利用石墨粘結劑將管段之間及管段與中間層陶瓷管內壁粘合。多段結構的石墨管，既有利于石墨管的加工成型，也有利于本發明的安裝和使用。
為了防止高溫下外部碳纖維纏繞層接觸氧化性介質而導致性能下降，在碳纖維纏繞層的外側表面再涂敷一層致密無機高溫粘結劑。
本發明在三層結構的共同作用下，具有耐高溫，抗熱疲勞，強度大，并能提供管內氣氛保護功能。
圖1為發明結構示意圖。
圖中1為碳纖維復合纏繞層，2為陶瓷管，3為石墨管。
1和2之間為緊密燒結型結構形式，2和3之間通過石墨粘結劑粘結在一起。
具體實施方式
本發明采用分段組合加工方式完成整個制造過程。首先燒制加工中間層陶瓷管，然后在陶瓷管外側纏繞碳纖維層，并在碳纖維纏繞層的最外側涂敷一層致密的無機粘結劑，最后在陶瓷管內安裝石墨管。具體實施過程如下實施例1加工Al2O3陶瓷管，內徑30mm，外徑36mm，長度2000mm。
用12K碳纖維混合Al2O3高溫粘結劑均勻纏繞在Al2O3陶瓷管外側，纏繞厚度為1.5mm，將纏繞好的復合管置于燒結爐中燒結，燒結溫度500℃，時間2小時。
加工高純石墨管5根，每根長度400mm，外徑29.5mm，內徑25mm。
在每根石墨管的端部及外壁涂抹石墨膠，從已經加工好的復合材料管一端依次壓緊粘勞塞入復合管，晾干后石墨管內襯便牢固地與陶瓷管粘合在一起。
將上述復合材料管用作碳纖維生產高溫爐爐管，通入純度為99.999％的高純氮氣作為保護氣體，本發明的爐管生產出的碳纖維抗拉強度比單純用Al2O3高溫管生產出的碳纖維抗拉強度提高10％以上。
實施例2按照實施例1的方法加工本法發明復合材料爐管，所不同的是中間層陶瓷管材質為SiC。用作碳纖維生產高溫爐爐管后，用本發明的爐管生產出的碳纖維抗拉強度比單純用SiC高溫管生產出的碳纖維抗拉強度提高13％以上。
權利要求
1.高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝，其特征在于該復合材料爐管由三層結構組成，內層為高純石墨管，中間層為陶瓷管，外層為碳纖維纏繞層。其制造工藝如下(1)以Al2O3或SiC為原料，燒制加工中間層陶瓷管。(2)以Al2O3或SiC陶瓷管為骨架，將與無機高溫粘結劑充分浸漬的碳纖維纏繞在陶瓷管外側，在保護氣氛下加熱，使陶瓷管和碳纖維纏繞層緊密結燒在一起。(3)將多段結構的高純石墨管，利用石墨粘結劑將管段之間及管段與中間層陶瓷管內壁粘合。
2.根據權利要求書1所述的高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝，其特征在碳纖維纏繞層的外側表面涂敷有一層致密無機高溫粘結劑。
全文摘要
高溫碳纖維復合材料爐管及其制造工藝，其結構特征為該復合材料爐管由三層結構組成，內層為高純石墨內襯，中間層為Al
文檔編號B32B18/00GK1693062SQ2005100432
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月18日 優先權日2005年4月18日
發明者朱波, 王成國, 蔡華甦, 崔金祎 申請人:山東大學