一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ｃ／Ｃ复合材料导电螺纹杆的制备方法，采用“轴向碳纤维棒＋碳纤维缠绕环向螺纹”预制体，首先进行快速化学气相沉积工艺致密，短时间内制备出中密度Ｃ／Ｃ复合材料毛坯；沿缠绕方向加工螺纹杆，然后以沥青为浸渍剂，对多孔中密度Ｃ／Ｃ复合材料毛坯进行反复“真空浸渍－加压裂解”，最终得到高密度Ｃ／Ｃ复合材料导电螺纹杆。本发明专利技术制备的Ｃ／Ｃ复合材料导电螺纹杆，解决了目前常用的紫铜电极杆与无定形碳电极板热物理性能不匹配，导致无定形碳电极板胀裂、使用寿命缩短的技术问题；同时克服了三维编织增强Ｃ／Ｃ导电螺纹杆“周期长、成本高”的缺点，具有轴向强度高、螺纹连续性好的特点，可替代进口三维编织Ｃ／Ｃ复合材料导电螺纹杆。

Method for preparing conductive screw rod of C/C composite material

The invention discloses a preparation method of C / C composite conductive thread rod, the axial rod + carbon fiber carbon fiber wrapped ring to thread the preform, the first rapid chemical vapor deposition process of dense, short time prepared in density C / C composite billet along the winding direction; processing the threaded rod, and then to pitch as impregnating agent, the porous medium density C / C composite blank repeatedly \vacuum impregnation pressure cracking\, finally get the high density C / C composite conductive thread rod. The prepared C / C composite conductive thread rod, the copper electrode rod commonly used and thermal physical properties of amorphous carbon electrode plate does not match the technical problem that the amorphous carbon electrode plate cracking, shorten the service life; and overcomes the defect of 3D braided reinforced C / C conductive thread rod \cycle long and high cost\ shortcomings, has the characteristics of high strength, axial thread continuity, can replace the imported 3D braided C / C composite conductive thread rod.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法。
技术介绍
国内制氟等化工行业的电极-导电螺纹杆采用紫铜材料。目前存在的主要问题是紫铜与无定形碳电极板的热物理性能不匹配，因热应力累积效应，导致无定形碳电极板使用寿命缩短，仅能使用不到2个月就发生胀裂，需要停炉重新更换，不仅增加了成本而且影响了生产进度。而国外进口三维编织导电螺纹杆的价格十分昂贵，难以大量应用。导致三维编织C/C复合材料高昂成本的主要原因是三维编织预制体编织成型周期长、设备投入大。这也是三维编织C/C复合材料只能在宇航等高科技领域应用、难以工业化应用的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服三维编织C/C复合材料预制体编织成型周期长、成本高的缺点，提供一种成型周期短、成本低的C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是工一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂，拉拔碳纤维棒；(2)用缠绕机在轴向碳纤维棒上环向缠绕碳纤维/糠酮树脂复合材料层，制得预成型体，缠绕机轴向步进量等于螺纹间距；(3)将预成型体在烘箱中固化4～6小时，固化温度为200℃；(4)将步骤(3)中固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃～1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯；(5)将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150～250小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3～1.50g/cm3；(6)采用高残碳沥青作为浸渍剂，对导电杆毛坯浸渍-碳化致密4～6次，直到导电杆毛坯的密度达到1.55g/cm3～1.75g/cm3；(7)将浸渍-碳化致密后的导电杆毛坯按步骤(2)中的环向缠绕方向机加螺纹，最终得到导电螺纹杆产品。所述步骤(2)中环向纤维缠绕的螺纹间距为2～20毫米。本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1)克服三维编织C/C复合材料预制体编织成型周期长、成本高的缺点，制备的C/C复合材料导电螺纹杆具有成型周期短、成本低，具有广阔工业化推广应用前景。(2)本专利技术制备的C/C复合材料导电螺纹杆为各向异性，呈皮芯结构，表皮螺纹为环向纤维，芯部为轴向纤维。与准各向同性三维编织C/C复合材料导电螺纹杆相比，本专利技术导电杆轴向纤维含量明显高于三维编织导电螺纹杆，因而轴向电阻率低于三维编织导电螺纹杆；纤维缠绕方向与螺纹走向相同，螺纹中纤维连续，螺纹不容易出现掉渣掉牙现象，螺纹连续性好，可替代进口三维编织C/C复合材料导电螺纹杆。(3)继承了化学气相沉积工艺和沥青浸渍裂解工艺适合“任意复杂形状的大尺寸部件、可批量化规模生产”等特点。具体实施例方式实施例1采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化4小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为900℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150小时，此时导电杆毛坯密度为1.45g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.60g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。实施例2采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ22mm×320mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量5mm；将预成型体在烘箱中固化4小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为1000℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体250小时，此时导电杆毛坯密度为1.50g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密4次，密度达到1.70g/cm3；机加得到长300mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。实施例3采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化6小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体180小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.55g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。实施例4采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂(其中K代表丝束千根数)，拉拔出φ20mm×620mm的碳纤维棒；在碳纤维棒上缠绕碳纤维/糠酮树脂，缠绕步进量4mm；将预成型体在烘箱中固化5小时，固化温度为200℃，将固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯，将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体200小时，密度达到1.50g/cm3；采用高残碳沥青，浸渍-碳化致密3次，密度达到1.75g/cm3；机加得到长600mm、M22的标准粗牙通螺纹导电螺纹杆。权利要求1.一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)采用6K聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂，拉拔碳纤维棒；(2)用缠绕机在轴向碳纤维棒上环向缠绕碳纤维/糠酮树脂复合材料层，制得预成型体，缠绕机轴向步进量等于螺纹间距；(3)将预成型体在烘箱中固化4～6小时，固化温度为200℃；(4)将步骤(3)中固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体N2，在碳化温度为750℃～1100℃条件下碳化，制得导电杆毛坯；(5)将碳化的导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入C3H6-N2反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体150～250小时，此时导电杆毛坯密度为1.35g/cm3～1.50g/cm3；(6)采用高残碳沥青作为浸渍剂，对导电杆毛坯浸渍-碳化致密4～6次，直到导电杆毛坯的密度达到1.55g/cm3～1.75g/cm3；(7)将浸渍-碳化致密后的导电杆毛坯按步骤(2)中的环向缠绕方向机加螺纹，最终得到导电螺纹杆产品。2.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中环向纤维缠绕的螺纹间距为2～20毫米。全文摘要本专利技术公开了一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，采用“轴向碳纤维棒+碳纤维缠绕环向螺纹”预制体，首先进行快速化学气相沉积工艺致密，短时间内制备出中密度C/C复合材料毛坯；沿缠绕方向加工螺纹杆，然后以沥青为浸渍剂，对多孔中密度C/C复合材料毛坯进行反复“真空浸渍－加压裂解”，最终得到高密度C/C复合材料导电螺纹杆。本专利技术制备的C/C复合材料导电螺纹杆，解决了目前常用的紫铜电极杆与无定形碳电极板热物理性能不匹配，导致无定形碳电极板胀裂、使用寿命缩短的技术问题；同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｃ／Ｃ复合材料导电螺纹杆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）采用６Ｋ聚丙烯腈碳纤维和环氧树脂，拉拔碳纤维棒；（２）用缠绕机在轴向碳纤维棒上环向缠绕碳纤维／糠酮树脂复合材料层，制得预成型体，缠绕机轴向步进量等于 螺纹间距；（３）将预成型体在烘箱中固化４～６小时，固化温度为２００℃；（４）将步骤（３）中固化后的预成型体装入碳化炉，通入保护气体Ｎ↓［２］，在碳化温度为７５０℃～１１００℃条件下碳化，制得导电杆毛坯；（５）将碳化的 导电杆毛坯装入化学气相沉积炉，通入Ｃ↓［３］Ｈ↓［６］－Ｎ↓［２］反应气，定向流经导电杆毛坯，沉积碳基体１５０～２５０小时，此时导电杆毛坯密度为１．３５ｇ／ｃｍ↑［３］～１．５０ｇ／ｃｍ↑［３］；（６）采用高残碳沥青作为浸渍剂，对导 电杆毛坯浸渍－碳化致密４～６次，直到导电杆毛坯的密度达到１．５５ｇ／ｃｍ↑［３］～１．７５ｇ／ｃｍ↑［３］；（７）将浸渍－碳化致密后的导电杆毛坯按步骤（２）中的环向缠绕方向机加螺纹，最终得到导电螺纹杆产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫联生，苏红，王涛，姚冬梅，宋麦丽，郑金煌，赵景鹏，
申请(专利权)人：西安航天复合材料研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]