The invention discloses a short flow integrated device and a method for preparing a continuous tungsten core SiC fiber by a DC heating method, belonging to the technical field of SiC fiber preparation. Firstly, the tungsten filament passes through a special designed integrated reactor. The reactor is mainly divided into three sections, the front end is tungsten cleaning end, the middle is SiC deposition section, and the tail end is coating deposition section. The DC power supply for heating tungsten wire, through the regulation of each pass into the reaction gas flow rate, flow rate and ratio, can be obtained for the deposition of SiC stable growth of the concentration field and the temperature field distribution, ensure the fine grains of SiC fiber, thus preparing high performance SiC fiber. The method has the advantages that the tungsten filament cleaning, SiC deposition and coating preparation are integrated into one entity, thereby greatly saving space, shortening process, improving production efficiency and reducing cost.
【技术实现步骤摘要】
一种直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置和方法
本专利技术涉及SiC纤维制备
,具体涉及一种直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置和方法。
技术介绍
航空、航天等领域的迅猛发展,对材料提出了更高、更多的要求,单一的材料体系很难满足需求。新型复合材料将备受关注并获得大量应用。作为增强体之一的连续单丝SiC纤维属于高技术产品,具有高比强度、高比模量、抗腐蚀、耐磨损、热稳定性好等性能优点,适于增强树脂、金属和陶瓷等多种基体,可用于制备镁基复合材料卫星探测平台、钛基复合材料整体叶环、低压涡轮轴、SiC纤维增强碳化硅整流罩等多种复合材料结构件,是一类重要的高技术结构材料,在航空航天工业中具有明确的应用前景。连续、大直径(>100μm)单丝SiC纤维都是采用化学气相沉积法(CVD)制备的,就是反应气体在热丝(钨芯或碳芯)表面热解沉积生成SiC。钨丝是采用热拉拔的工艺制备的,而碳芯是沥青经过熔融纺丝、固化和碳化工艺制备的。目前只有英(钨芯)、美(碳芯)两国有同类产品,已形成商品,并可大规模生产。但由于其高技术应用背景,其技术和产品均对我国保密和封锁。目前,国内生产碳芯的技术还不成熟,只能采用钨丝作为载体,生产钨芯SiC纤维。该种纤维主要由钨芯、内部SiC沉积层和外部涂层及层间界面层组成,高性能SiC纤维特征在于:芯材表面光滑没有污染、界面层匹配良好、沉积层晶粒细小缺陷少、表面涂层与沉积层的物理和化学相容性好。因此,生产过程中必须对芯材进行高温清洗、精确控制沉积温度和纤维表面涂层。芯材清洗在600~900℃之间进行,SiC沉积和表面涂 ...
【技术保护点】
一种直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置,其特征在于:该装置包括依次连接的放丝装置、一体化反应器和收丝装置;其中:所述一体化反应器分为三段,由上至下依次为钨丝清洗段、SiC沉积段和涂层沉积段;所述钨丝清洗段、SiC沉积段和涂层沉积段都为石英玻璃管,其中:钨丝清洗段石英玻璃管的直径为18~25mm,长度为300~500mm;SiC沉积段石英玻璃管的直径为25~30mm,长度为1500~1800mm;涂层沉积段石英玻璃管的直径为18~25mm,长度为200~400mm。
【技术特征摘要】
1.一种直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置,其特征在于:该装置包括依次连接的放丝装置、一体化反应器和收丝装置;其中:所述一体化反应器分为三段,由上至下依次为钨丝清洗段、SiC沉积段和涂层沉积段;所述钨丝清洗段、SiC沉积段和涂层沉积段都为石英玻璃管,其中:钨丝清洗段石英玻璃管的直径为18~25mm,长度为300~500mm;SiC沉积段石英玻璃管的直径为25~30mm,长度为1500~1800mm;涂层沉积段石英玻璃管的直径为18~25mm,长度为200~400mm。2.根据权利要求1所述的直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置,其特征在于:该装置还设有上穿丝孔和下穿丝孔,分别设置在钨丝清洗段的顶端和涂层沉积段的底端,所述放丝装置放出的钨丝穿过钨丝清洗段上的上穿丝孔后,依次经过钨丝清洗段、SiC沉积段和涂层沉积段,再由涂层沉积段上的下穿丝孔穿出,进入收丝装置。3.根据权利要求1所述的直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置,其特征在于:所述SiC沉积段的上部和中部分别设置进气口;所述SiC沉积段的下部设有排气口;所述钨丝清洗段的上部和涂层沉积段的中部分别设置进气口;所有进气口上都设有调流阀,用于调节进气的流量。4.根据权利要求1所述的直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的短流程一体化装置,其特征在于:所述放丝装置中设有张力调节系统,用于调节钨丝的张力。5.利用权利要求1所述装置进行直流加热法制备连续钨芯SiC纤维的方法,其特征在于:该方法具体包括如下步骤:(1)将整盘钨丝固定在放丝装置上,钨丝的一端由一体化反应器的上穿丝孔进入,下穿丝孔穿出,并粘结在收丝装置上;(2)从钨丝清洗段上的进气口和涂层沉积段上的进气口同时通入高纯氩气,排空一体化反应器内的空气,其中通入氩气的流量为1~2L/min,时间为5~10min;(3)一体化反应器内的空气排除后,从钨丝清洗段的进气口通入氢气,用于钨丝的清洗,氢气通至制备过程结束,其中通入氢气的流量0.05L/min~0.3L/min;(4)从SiC沉积段上部进气口、SiC沉...
【专利技术属性】
技术研发人员:王玉敏,杨青,张国兴,张旭,杨丽娜,杨锐,
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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