一种硅酸盐复合材料用生产设备及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅酸盐复合材料用生产设备及制备方法，包括炉体、大功率激光器发生器、熔池、澄清池以及纤维成型制备装置，其中，炉体，为硅酸盐复合材料的加热融化提供一个熔融空间，炉体内层为铼镍合金材料；大功率激光器发生器，发射强激光束照射在炉体内的硅酸盐复合材料上，复合材料高温受热融化形成熔融液，熔融液下沉形成熔池；熔池内的熔融液流入澄清池，澄清池是利用大功率激光器发生器发射的弱光束所形成的保温区；澄清池内的熔融液继续流入纤维成型制备装置以制取纤维产品。采用该设备拉制的石英纤维及其它硅酸盐材料纤维产品质量好，解决了传统设备的缺陷。解决了传统设备的缺陷。解决了传统设备的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐复合材料用生产设备及制备方法


[0001]本专利技术涉及硅酸盐材料领域的熔融装备与熔化新方法
，更具体的说，涉及一种硅酸盐复合材料用生产设备及制备方法。

技术介绍

[0002]随着产业升级，同时在航空、航天领域，航天器及兵器的发展迫切要求使用轻质、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温、易于实现设计制造的一体化大型构件及耐极端环境应用的、先进的、轻质硅酸盐材料产品，推动了先进硅酸盐材料及纤维产品的高速发展。
[0003]如今，应用在航天器结构件、兵器、汽车工业及民用等领域硅酸盐材料主要是以下几种：石英纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维、硼纤维等，自20世纪30年代世界玻璃纤维和矿物棉进入工业化时代后，我国玻璃纤维与矿物棉工业从50年代起步至今，石英玻璃纤维产品生产设备与技术，一直都是沿用传统玻璃纤维工艺及设备或稍加调整改造后生产的，至今还没有专门化为石英纤维产品设计开发过专用制纤设备。目前在我国硅酸盐工业中，制造石英纤维产品主要是用传统的加热熔制设备，使用的是单元窑、波歇炉等设备。
[0004]在单元窑中，国内硅酸盐材料制造企业首选窑型是蓄热式生产E玻璃纤维的马蹄焰窑，窑内熔制温度可在1400℃左右，基本满足了产品1400℃以上生产的温度要求，但是，长期困扰着纤维产品质量的突出问题：窑内高温环境，在满足产品原料熔融的同时，窑内耐火石英砖等也在加速被高温熔融的熔融液体侵蚀、熔化。窑内耐火材料与熔融液原料，会形成固相结合、发生融合现象，产生结石、条纹、节瘤等生产瑕疵，这样会直接降低后续纤维产品如石英纤维或石英玻璃球的产品质量，进而继续影响下游的纤维制品成品质量，造成行业内高端纤维及产品质量长期上不去的现象。
[0005]窑内高温熔融还侵蚀窑的炉壁、窑池底的耐火材料如：石英砖、白泡石或高龄土浇筑砖等耐火材料，结果将是直接降低窑的使用寿命和窑内出现挂壁现象，将影响石英纤维产品质量等问题。
[0006]波歇炉中也同样使用了石英砖、白泡石或高龄土浇筑砖等耐火材料，还是存在着被高温侵蚀耐火材料的问题。

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的技术问题：本专利技术的目的在于克服现有技术中纤维产品生产设备与技术的上述缺陷，提供一种硅酸盐复合材料用生产设备及制备方法，设备采用固态光纤激光器，全程无化石能源燃料直接参与加热，没有污染石英玻璃原液的污染源，发热部分不会出现与石英玻璃粉体配合料固相热化学反应，与之相熔，形成固相结合的融合现象和污染石英玻璃及其硅酸盐材料熔融原液现象发生。
[0008]技术方案：为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种硅酸盐复合材料用生产设备，包括炉体、大功率激光器发生器、熔池、澄清池以及纤维成型制备装置，其中，
[0009]炉体，为硅酸盐复合材料的加热融化提供一个熔融空间，炉体内层为铼镍合金材
料；
[0010]大功率激光器发生器，发射强激光束照射在炉体内的硅酸盐复合材料上，复合材料高温受热融化形成熔融液，熔融液下沉形成熔池；熔池内的熔融液流入澄清池，澄清池是利用大功率激光器发生器发射的弱光束所形成的保温区；澄清池内的熔融液继续流入纤维成型制备装置以制取纤维产品。
[0011]作为本专利技术更进一步的改进，还包括消泡装置，位于熔池底部，用于排空熔融液中的气泡。
[0012]作为本专利技术更进一步的改进，所述纤维成型制备装置包括位于澄清池底部的漏板和纤维牵伸卷取机。
[0013]作为本专利技术更进一步的改进，所述大功率激光器发生器为固态光纤激光器发生器。
[0014]作为本专利技术更进一步的改进，硅酸盐复合材料为石英玻璃粉体配合料、玄武岩粉体配合料、硅酸铝粉体配合料、硼粉体配合料中的一种或几种。
[0015]作为本专利技术更进一步的改进，硅酸盐复合材料为石英玻璃粉体配合料。作为本专利技术更进一步的改进，所述消泡装置为压电陶瓷振子空化发生器。
[0016]一种硅酸盐复合材料用生产设备制备纤维产品的制备方法，包括如下步骤：
[0017]1)激光束照射：开启电源，固态光纤激光发生器产生能量适中的激光束，照射在炉体底部覆盖在熔池上的硅酸盐复合材料上；2)熔融：硅酸盐复合材料受到激光束高温照射加热熔融，形成熔融液；3)澄清均化：熔融液流入澄清池中静置，使熔融液的化学组成逐渐趋向一致；4)制备：澄清后的均质熔融液流入纤维成型制备装置以制取纤维产品。
[0018]有益效果：采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0019]1.本专利技术提供的一种硅酸盐复合材料用生产设备，用铼镍合金材料制造的炉腔体，石英玻璃及其它硅酸盐材料在炉腔体内直接加热熔融，熔化的原液体与炉壁直接接触，超高熔点铼镍合金可以确保2000℃以下石英玻璃及其它硅酸盐材料熔融液体不与炉腔体铼镍合金发生熔融热化学侵蚀反应，从而避免污染原液。
[0020]2.采用大功率激光器发生器作为设备的发热源，大功率激光器发生器能够产生足够熔融原料所需的热功率，并按照原液生产工艺要求在炉内升温，使原料变成熔融液体。
[0021]3.大功率激光器发生器是固态光纤激光器发生器，固态光纤激光器发生器比二氧化碳激光发生器冷却条件简单，冷却系统成本也低。发热部分是不会出现如传统炉窑燃料参与石英玻璃粉体配合料固相热化学反应，与之相熔，形成固相结合的融合现象和污染熔融原液现象发生。
[0022]4.在热源的选择以及炉体材料的改进上，彻底根除了目前我国硅酸盐工业所用的单元窑、波歇炉带来热侵蚀设备污染纤维产品的难题，拉制的石英纤维及其它硅酸盐材料纤维产品质量好，保证了航天器等大型结构部件，对连续稳定高质量的要求。
[0023]5.消泡装置促进了熔融液达到均化、澄清的目的。另一方面，消泡后的熔融液还会在澄清池中继续静置，能够继续促使溶解在石英玻璃液中的微小气泡长大，上浮而释放。
[0024]6.采用该生产设备制备纤维制品，不同于球法坩埚拉丝和池窑法，制取过程无污染、不会污染原液、成本低。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的一种硅酸盐复合材料用生产设备的结构示意图；
[0026]图2为图1中A处的放大图。
[0027]示意图中的标号说明：
[0028]1、炉体；11、螺旋进料闸阀；12、出气口阀门；13、挡料板；2、大功率激光器发生器；3、熔池；4、澄清池；5、漏板；6、纤维牵伸卷取机；7、消泡装置；101、炉体外层；102、103、炉体内层。
具体实施方式
[0029]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细描述。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐复合材料用生产设备，其特征在于：包括炉体、大功率激光器发生器、熔池、澄清池以及纤维成型制备装置，其中，炉体，为硅酸盐复合材料的加热融化提供一个熔融空间，炉体内层为铼镍合金材料；大功率激光器发生器，发射强激光束照射在炉体内的硅酸盐复合材料上，复合材料高温受热融化形成熔融液，熔融液下沉形成熔池；熔池内的熔融液流入澄清池，澄清池是利用大功率激光器发生器发射的弱光束所形成的保温区；澄清池内的熔融液继续流入纤维成型制备装置以制取纤维产品。2.根据权利要求1所述的硅酸盐复合材料用生产设备，其特征在于：还包括消泡装置，位于熔池底部，用于排空熔融液中的气泡。3.根据权利要求1所述的硅酸盐复合材料用生产设备，其特征在于：所述纤维成型制备装置包括位于澄清池底部的漏板和纤维牵伸卷取机。4.根据权利要求1所述的硅酸盐复合材料用生产设备，其特征在于：所述大功率激光器发生器为固态光纤激光器发生器。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕松梅，金世伟，金希，
申请(专利权)人：芜湖普纳耶智能装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：