一种碳化硅流动反应器射流模块制造技术

公开了一种碳化硅流动反应器射流模块，所述模块具有延伸穿过所述模块的曲折流体通路，所述曲折流体通路具有内表面，所述内表面具有在0.1至10μm Ra范围内的表面粗糙度。Ra范围内的表面粗糙度。Ra范围内的表面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种碳化硅流动反应器射流模块
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35 U.S.C.
§
119要求于2019年9月30日提交的美国临时申请号62/908,559的优先权，其也要求于2020年6月30日提交的美国临时申请号63/045,996的优先权，该临时申请又要求于2020年4月30日提交的美国临时申请号63/018,508的优先权，其每一个的内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及制造包含碳化硅的结构的方法，并且更具体地涉及制造高密度、闭孔单片式碳化硅结构，特别是高密度、闭孔单片式碳化硅流动反应器射流模块的方法，具有延伸穿过所述结构或在所述结构内的光滑表面的曲折内部通路，并且涉及所述结构或射流模块本身。

技术介绍

[0004]碳化硅陶瓷(SiC)是用于流体化学生产和/或实验室工作的射流模块和用于其它技术用途的结构的理想材料。SiC具有相对高的热导率，可用于进行和控制吸热或放热反应。SiC具有良好的物理耐久性和抗热震性。SiC还具有极其良好的耐化学性。但是这些性能，与高硬度和耐磨性结合，使得具有内部特征的SiC结构的实际生产具有挑战性，例如具有曲折内部通路的SiC流动模块。
[0005]由碳化硅陶瓷形成的流动反应器和其它结构通常通过夹层组装方法制造。将陶瓷生坯压制成板坯，然后使用CNC机器加工、模制或压制操作等，通常在一个主表面上成型。在生坯烧制之后，将两个烧制的板坯接合在一起，成型的表面彼此面对，具有或不具有陶瓷材料的中间接合层。在第二烧制步骤中，熔合接头(和/或接合层致密化)以产生具有一个或多个内部通道的主体。
[0006]夹层组装接合方法可能在制造的射流模块中引入问题。在具有中间层的情况下接合的模块中，多孔界面可在接合层形成。这些可能捕获液体，从而导致污染/清洁困难和机械故障(例如通过在孔中冻结)的可能性。在没有中间接合层的情况下接合的模块需要或导致包含相对粗糙的陶瓷晶粒，从而产生具有不期望的粗糙度水平的内部通道表面。
[0007]在另一方法中，可以生产多层生胚态(green
‑
state)SiC片，并将其切割成逐片构建射流模块所需的形状。这样的方法倾向于在内部通路的弯曲轮廓中产生小的台阶状结构。为了排空和清洁/净化射流模块，内部通路的壁轮廓理想地是光滑的并且没有小的台阶状结构。
[0008]因此，需要SiC射流模块和其它SiC结构，以及制造SiC射流模块和其它SiC结构的方法，其内部通路具有改善的内部通路表面性质，具体地：通常低孔隙率，或在密封位置处没有显著的多孔界面，低表面粗糙度和光滑的壁轮廓。

技术实现思路

[0009]根据本公开的一些方面，提供了一种单片式基本上闭孔的碳化硅结构，例如射流模块，其具有在所述结构内或穿过所述模块延伸的曲折流体通路，所述曲折流体通路具有内表面，所述内表面具有在0.1至80μm Ra范围内的表面粗糙度。
[0010]根据本公开内容的一些另外的方面，提供了一种用于形成单片式基本上闭孔的碳化硅结构或射流模块的方法，所述方法包括将正模具(positive mold)例如正流体通路模具定位在碳化硅粉末的体积内，所述粉末涂覆有粘合剂；在内部有该模具的情况下将所述体积的碳化硅粉末压制以形成压制的主体；加热所述压制的主体以移除所述模具；以及烧结所述压制的主体以形成单片式碳化硅结构或射流模块，其具有在其内或延伸穿过其中的曲折流体通路。
[0011]本公开的结构或模块具有非常低的开孔率(低至0.1％或更低)和曲折通路内表面的低粗糙度(低至0.1μm Ra)。这提供了具有抵抗流体渗透的内部通路的结构或射流模块。对于流动模块，所述模块因此是容易清洁的，在使用期间具有低压降。在使用期间，靠近流动模块的光滑内壁表面的射流边界层相对于由较粗糙表面产生的边界层是薄的，从而提供更好的混合和热交换性能。
[0012]根据本公开的另外的方面，提供了一种用于形成碳化硅结构的方法，或更具体地，提供了一种用于流动反应器的碳化硅射流模块。所述方法包括：将正模具如具有曲折形状的通路的流体通路模具定位在粉末涂覆的碳化硅粉末的体积内，在内部有该模具的情况下将所述体积的碳化硅粉末压制以形成压制的主体，加热所述压制的主体以移除模具；以及烧结所述压制的主体以形成单片式碳化硅射流模块，其具有延伸穿过其中的曲折流体通路。所述压制可以包括单轴压制。所述压制可以包括在等静压机中的等静压制。加热压制的主体以移除模具可以包括在加热压制的主体的同时第二次或连续压制该压制的主体。当在等静压机中进行初始压制时，可以在相同的压机中进行第二次或连续压制。
[0013]所述方法还可包括在烧结压制的主体之前使压制的主体脱粘(debinding)。所述方法还可包括通过模制通路模具或通过3
‑
D打印通路模具以形成具有曲折形状的通路的正通路模具。根据一个替代方案，形成正通路模具还可包括形成具有较低熔点材料的外层的正通路模具，所述较低熔点材料的熔点低于所述正通路模具的其余部分的熔点。所述较低熔点材料的熔点可以比所述正通路模具的其余部分的熔点低至少5℃。
[0014]所公开的方法及其变型允许实际生产具有上述期望特征的碳化硅结构，例如碳化硅射流模块。
[0015]另外的特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且对于本领域技术人员来说从该描述中将是显而易见的，或者通过实践本文所述的实施方案(包括下面的详细描述、权利要求书以及附图)而认识到。
[0016]应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解本公开和所附权利要求的性质和特征的概述或框架。
[0017]附图被包括以提供对本公开原理的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施方案，并且与说明书一起用于通过示例的方式解释本公开的原理和操作。应当理解，本说明书和附图中公开的本专利技术的各种特征可以以任何和所有组合使用。作为非限制性示例，本专利技术的各种特征可根据以下实施方案彼此
组合。
附图说明
[0018]以下是对附图中的图形的描述。图形不一定是按比例绘制的，并且为了清楚和简明起见，图形的某些特征和某些视图可能以放大的比例或示意图显示。
[0019]在附图中：
[0020]图1是用于流动反应器射流模块的类型的射流通路的示意性平面图，其示出了射流通路的某些特征；
[0021]图2是本公开的射流模块的实施方案的外部透视图；
[0022]图3是本公开的射流模块的实施方案的示意性截面图；
[0023]图4是示出用于制造本公开的射流模块的方法的一些实施方案的流程图；
[0024]图5是图4中描述的方法的一些实施方案的逐步系列的截面表示；
[0025]图6是示出用于实践本公开的方法的压缩释放曲线的图表；
[0026]图7是用于执行图4的方法的压制步骤和/或脱模步骤的设备的实施方案的截面表示；
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳化硅流动反应器射流模块，所述模块包括：单片式闭孔碳化硅主体；以及曲折流体通路，其延伸穿过所述碳化硅主体，所述曲折流体通路具有内表面；所述内表面，其表面粗糙度小于10μm Ra。2.根据权利要求1所述的射流模块，其中所述表面粗糙度在0.1
‑
5μm Ra的范围内。3.根据权利要求1所述的射流模块，其中所述表面粗糙度在0.1
‑
1μm Ra的范围内。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的射流模块，其中所述碳化硅主体的碳化硅具有碳化硅理论最大密度的至少95％的密度。5.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述碳化硅主体的碳化硅具有碳化硅理论最大密度的至少96％的密度。6.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述碳化硅主体的碳化硅具有碳化硅理论最大密度的至少97％的密度。7.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述碳化硅主体的碳化硅具有碳化硅理论最大密度的至少98％的密度。8.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述碳化硅主体的碳化硅具有碳化硅理论最大密度的至少99％的密度。9.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述射流模块具有小于1％的开孔率。10.根据权利要求4所述的射流模块，其中所述射流模块具有小于0.5％的开孔率。11.根据权利要求4所述的射流模块，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：新型
国别省市：