【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于乘用车制动盘，具体涉及熔渗炉及其在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用。
技术介绍
1、现阶段，碳陶制动盘在乘用车后装市场应用广泛，同时在国防军工、轨道交通等领域也逐步开展应用测试；目前碳陶制动盘生产周期长、价格高等成为制约其快速发展的关键阻碍；后续随着碳陶制动盘更进一步推广，更高效快速的生产、更低的成本、更好的质量将成为企业竞争中的关键因素；传统生产下碳陶制动盘熔渗温度大致在1700-1900℃，熔渗工序全过程一般需耗时3-5天，热量主要由石墨发热组件感应发热辐射至熔渗乘料工装，再传导和辐射至产品和硅料，多步骤的热量传递使得整个升温过程较为慢速，同时也更容易造成炉内温度的不均，往往较快速升温会出现不同位置出现多至几百度的温差，对整个工艺过程造成较大的影响。
2、传统熔渗炉为中频感应炉，传统熔渗炉的发热原理为交变电流通过感应线圈时会产生一个变化的磁场，此时因石墨发热体具备的导电性能相当于一个导体，变化的磁场使得石墨导体内部产生涡流，然后通过自身的电阻与电流的作用下(参考公式q＝i2rt)产生热能。此时传统熔渗炉内的熔渗乘料工装(石墨件)和碳碳产品虽然在变化的磁场下也能够产生电流以及也具备一定的导电性能，但是在石墨发热体的屏蔽下仅少量的变化磁场作用于熔渗乘料工装和碳碳产品，故此时温度的传递过程主要由石墨发热组件感应发热辐射至熔渗乘料工装，再传导和辐射至产品和硅料。由于传统熔渗炉其升温过程中的温度传递主要由石墨发热体的感应发热辐射至熔渗乘料工装，然后再辐射和传导至硅粉和产品进行熔融渗硅反应，多步骤的温度传递使得
技术实现思路
1、针对现有碳陶制动盘生产过程中存在的生产效率问题，本专利技术提供了一种碳陶制动盘的快速熔渗制备方法，通过优化炉体结构配合适量硼砂和硅粉的使用，结合乘料工装和产品高低错开实现了碳陶制动盘的高效熔渗。
2、本专利技术所述熔渗炉包括碳陶测温杆10、碳毡盖11、碳陶盖12、感应线圈13、：感应线圈捣打料14、炉腔捣打料15；所述炉腔捣打料15构成熔渗炉的内腔，所述内腔带有开口，腔捣打料15的外壁与感应线圈捣打料14相连，感应线圈13设置在感应线圈捣打料14内，内腔顶部的开口上设有碳陶盖12，碳陶盖12上设有用于通过碳陶测温杆10的孔，碳毡盖11设置在碳陶盖12上，且其外沿覆盖在内腔顶部。即碳毡盖11一部分完全覆盖碳陶盖12，多余的部分覆盖在未盖有碳陶盖的内腔顶部上；所述碳毡盖11设有用于通过碳陶测温杆10的孔。
3、所述熔渗炉中炉腔捣打料为陶瓷捣打料；
4、所述熔渗炉中感应线圈捣打料为陶瓷捣打料。
5、作为优选，组装后，沿着炉体高度方向做剖视图，在所得剖视图上，内腔顶部呈台阶型，且所述台阶包括上台面、下台面；其中下台面用于承载碳陶盖12；上台面与碳毡盖11的外沿直接接触。在剖视图上，上台面与下台面之间的垂直距离小于等于碳陶盖12的厚度。
6、作为优选，本专利技术所述熔渗炉中炉腔捣打料氧化铝捣打料。
7、作为优选，本专利技术所述熔渗炉中感应线圈捣打料为氧化铝捣打料。
8、本专利技术高温熔渗快速反应炉反应腔捣打料层、感应线圈捣打料层为氧化铝捣打料，可在1900℃以下稳定使用。
9、本专利技术熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用；包括下述步骤：垫块设置在装有混和料的碳陶工装内，坯料放置垫块上，所述碳陶工装的一侧设有开口；将n个装有坯料和混和料以及垫块的碳陶工装堆叠后在顶部盖上碳陶盖板，并转移到熔渗炉内；然后抽真空并升温至1500-1700℃进行低温熔渗；低温熔渗压力小于1000pa；所述混合料由硅粉和硼砂构成，其中硼砂的用量为硅粉用量的5％-20％。
10、本专利技术在碳陶工装的一侧设有开口，可以极大程度上提升产品的升温、降温速度。改变了传统的导热发热方式。该开口的面积为碳陶工装侧壁面积的30～45％。所述坯料为碳碳制动盘坯料或带有孔隙的碳陶制动盘。
11、作为优选，所述坯料的密度为1.25-1.45g/cm3，优选为1.30-1.40g/cm3。所述坯料优选为碳碳制动盘坯料。
12、作为优选，所述混合料由硅粉和硼砂构成，其中硼砂的用量为硅粉用量的9％-11％。进一步优选为10％。
13、作为优选，低温熔渗温度为1500-1700℃，优选为1500-1600℃、更进一步优选为1500-1570℃；低温熔渗时间为0.5-3小时，优选为1-2小时；低温熔渗压力为小于1000pa，优选为小于500pa。
14、本专利技术的工艺中，高温熔渗快速反应炉产品感应自发热升温至熔渗温度最快为1.5小时，优选为2.5小时，从熔渗温度降至出炉温度为5-8小时，加上熔渗保温时间最快可实现1天生产2炉。
15、本专利技术所得产品碳陶制动盘密度为2.0-2.5g/cm3，优选为2.2-2.5g/cm3；开孔率为0.1-5％，优选为0.1-1％；残留硅含量为8-15％，优选为10-15％。
16、本专利技术所得产品碳陶制动，其抗压强度≥275mpa，抗弯强度≥155mpa，层间剪切强度≥14mpa，抗拉强度≥67mpa，冲击韧性≥27kj/m2。
17、经优化后，本专利技术可以在12小时内甚至10小时内获得抗压强度≥295mpa，抗弯强度≥165mpa，层间剪切强度≥14.5mpa，抗拉强度≥69mpa，冲击韧性
18、≥28.3kj/m2的优质产品。
19、本专利技术通过改进炉体结构、通过首次采用侧壁开口的碳陶工装，通过硼砂+硅粉的混合料降低硅粉的液化温度，减少升降温的时间；然后通过熔渗乘料工装和产品的自发热进行熔融渗硅反应，乘料工装的开口，可最大幅度减少热量传递的时间；同时由于所设计的炉内不含石墨发热体和碳毡保温层大大缩减降温时间；综合以上方案，碳陶制动盘熔渗时间大幅缩短。
20、本专利技术去除了石墨发热组件以及碳毡保温层，由捣打料浇筑出炉腔的结构，此套结构下升温过程中的温度传递主要由熔渗乘料工装和产品的感应自发热辐射和传导至硅粉进行熔融渗硅反应，该套升温方式使得升温过程非常迅速，同时由于是产品感应自发热，快速升温不会使炉内出现较大的温度差异。
21、同时由于去除了石墨发热组件和碳毡保温层，再降温过程中基本没有保温效果，故降温非常迅速，往往从熔渗结束降至出炉温度只需要5-8小时，综合熔渗工艺时间最低不超过12小时，最快不到传统熔渗方案时间的十分之一。
22、最后由于快速降温的过程中极易造成石墨件的开裂和破损，为了防止装置中石墨测温杆的寿命受到影响，将石墨材质更换为碳陶材质，碳陶测温杆将不会因为快速升降温而导致损坏。
23、与现有技术相比，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.熔渗炉，其特征在于：包括碳陶测温杆(10)、碳毡盖(11)、碳陶盖(12)、感应线圈(13)、感应线圈捣打料(14、炉腔捣打料(15)；所述炉腔捣打料(15)构成熔渗炉的内腔，所述内腔带有开口，腔捣打料(15)的外壁与感应线圈捣打料(14)相连，感应线圈(13)设置在感应线圈捣打料(14)内，内腔顶部的开口上设有碳陶盖(12)，碳陶盖(12)上设有用于通过碳陶测温杆(10)的孔，碳毡盖(11)设置在碳陶盖(12)上，且其外沿覆盖在内腔顶部，即碳毡盖(11)一部分完全覆盖碳陶盖(12)，多余的部分覆盖在未盖有碳陶盖的内腔顶部上；所述碳毡盖(11)设有用于通过碳陶测温杆(10)的孔；
2.根据权利要求1所述的熔渗炉，其特征在于：组装后，沿着炉体高度方向做剖视图，在所得剖视图上，内腔顶部呈台阶型，且所述台阶包括上台面、下台面；其中下台面用于承载碳陶盖(12)；上台面与碳毡盖(11)的外沿直接接触。在剖视图上，上台面与下台面之间的垂直距离小于等于碳陶盖(12)的厚度。
3.根据权利要求1所述的熔渗炉，其特征在于：所述熔渗炉中炉腔捣打料氧化铝捣打料；所述熔渗炉中
4.一种如权利要求1-3任意一项所述熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：包括下述步骤：垫块设置在装有混和料的碳陶工装内，坯料放置垫块上，所述碳陶工装的一侧设有开口；将N个装有坯料和混和料以及垫块的碳陶工装堆叠后在顶部盖上碳陶盖板，并转移到熔渗炉内；然后抽真空并升温至1500-1700℃进行低温熔渗；低温熔渗压力小于1000Pa；所述混合料由硅粉和硼砂构成，其中硼砂的用量为硅粉用量的5％-20％；所述坯料为碳碳制动盘坯料或带有孔隙的碳陶制动盘。
5.根据权利要求4所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：碳陶工装的一侧设有开口，该开口的面积为碳陶工装侧壁面积的30～45％。
6.根据权利要求4所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：所述坯料的密度为1.25-1.45g/cm3，优选为1.30-1.40g/cm3。所述坯料优选为碳碳制动盘坯料。
7.根据权利要求4所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：所述混合料由硅粉和硼砂构成，其中硼砂的用量为硅粉用量的9％-11％。进一步优选为10％。
8.根据权利要求4所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：低温熔渗温度为1500-1700℃，优选为1500-1600℃、更进一步优选为1500-1570℃；低温熔渗时间为0.5-3小时，优选为1-2小时；低温熔渗压力为小于1000Pa，优选为小于500Pa。
9.根据权利要求4所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：所得产品碳陶制动盘密度为2.0-2.5g/cm3，优选为2.2-2.5g/cm3；开孔率为0.1-5％，优选为0.1-1％；残留硅含量为8-15％，优选为10-15％；
10.根据权利要求9所述的熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：在12小时内获得抗压强度≥295MPa，抗弯强度≥165MPa，层间剪切强度≥14.5MPa，抗拉强度≥69MPa，冲击韧性≥28.3KJ/m2的产品。
...【技术特征摘要】
1.熔渗炉，其特征在于：包括碳陶测温杆(10)、碳毡盖(11)、碳陶盖(12)、感应线圈(13)、感应线圈捣打料(14、炉腔捣打料(15)；所述炉腔捣打料(15)构成熔渗炉的内腔，所述内腔带有开口，腔捣打料(15)的外壁与感应线圈捣打料(14)相连，感应线圈(13)设置在感应线圈捣打料(14)内，内腔顶部的开口上设有碳陶盖(12)，碳陶盖(12)上设有用于通过碳陶测温杆(10)的孔，碳毡盖(11)设置在碳陶盖(12)上，且其外沿覆盖在内腔顶部，即碳毡盖(11)一部分完全覆盖碳陶盖(12)，多余的部分覆盖在未盖有碳陶盖的内腔顶部上；所述碳毡盖(11)设有用于通过碳陶测温杆(10)的孔；
2.根据权利要求1所述的熔渗炉，其特征在于：组装后，沿着炉体高度方向做剖视图，在所得剖视图上，内腔顶部呈台阶型，且所述台阶包括上台面、下台面；其中下台面用于承载碳陶盖(12)；上台面与碳毡盖(11)的外沿直接接触。在剖视图上，上台面与下台面之间的垂直距离小于等于碳陶盖(12)的厚度。
3.根据权利要求1所述的熔渗炉，其特征在于：所述熔渗炉中炉腔捣打料氧化铝捣打料；所述熔渗炉中感应线圈捣打料为氧化铝捣打料。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述熔渗炉在碳陶制动盘的快速熔渗过程中的应用，其特征在于：包括下述步骤：垫块设置在装有混和料的碳陶工装内，坯料放置垫块上，所述碳陶工装的一侧设有开口；将n个装有坯料和混和料以及垫块的碳陶工装堆叠后在顶部盖上碳陶盖板，并转移到熔渗炉内；然后抽真空并升温至1500-1700℃进行低温熔渗；低温熔渗压力小于1000pa；所述混合料由硅粉和硼砂构成，其中硼砂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈振宇，李金伟，
申请(专利权)人：湖南世鑫新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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