【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉末冶金，具体涉及一种碳/碳舟皿及其制备方法。
技术介绍
1、碳化钨粉的制备工艺中，是将碳粉和钨粉按一定的配比装载于舟皿内置于高温还原炉中烧结而成。因石墨具有耐高温性能、导热性能及化学稳定性等优异的特性，通常盛装混合粉末原料的容器为石墨材质制备而成。
2、目前，石墨舟皿用于制备碳化钨粉的容器使用，因损坏存在使用寿命短的问题，舟皿使用过程中损坏的机理主要有以下两点：一、石墨具有脆性，当使用外力敲击石墨舟皿以取出碳化钨粉时，石墨舟皿易破裂而不能再次使用，尤其是当石墨舟皿使用后壁厚减小时，外力敲击更容易使舟皿破裂；二、在碳化钨粉制备工艺的烧结过程中，钨粉可与石墨舟皿中的碳反应而消耗舟皿，甚至粘结舟皿的情况，导致舟皿不断被消耗且壁厚变薄而不能再次使用；此外，粘舟情况将对成品性能造成不良影响。
3、专利cn 101169310a公开了一种炭/炭复合材料制成的舟皿及生产工艺，虽然相对于石墨舟皿可以提升寿命，但是一方面寿命提升有限，另一方面，物料易与该舟皿表面的纤维丝束粘结，不仅污染物料，而且纤维丝束脱落加剧舟皿消耗对舟皿寿命的延长不利。
4、因此，亟需提供一种低成本高性能的舟皿以降低产品的生产成本，并保证产品的质量不受影响。
技术实现思路
1、针对目前石墨舟皿作为粉末冶金产品烧结容器易出现的破裂、破碎而导致石墨舟皿寿命短，成本高的问题；以及石墨舟皿在烧结过程中出现与产品粘结、反应消耗导致舟皿本体寿命缩短，以及粘料导致产品质量问题；本专利技术的第
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种碳/碳舟皿的制备方法，本专利技术所提供的制备方法，简单可控。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术提供一种碳/碳舟皿，所述碳/碳舟皿，包括舟皿主体以及位于舟皿主体端部的两个舟皿端盖，所述舟皿主体在厚度方向上由外至内分为支撑层a与功能层c，所述舟皿端盖在厚度方向上由外至内分为支撑层b与功能层d；
5、所述支撑层a与支撑层b的增强体均由碳纤维无纬布与碳纤维网胎层叠，z向连续针刺制得，所述功能层c与功能层d的增强体均由碳纤维网胎层叠，z向连续针刺制得，所述支撑层a中的碳基体的含量＜所述功能层c中的碳基体的含量，所述支撑层b中的碳基体的含量＜所述功能层d中的碳基体的含量。
6、在本专利技术中碳/碳舟皿分为内部表面和外部表面，即使用时与产品直接接触的面为内部表面，非直接接触的面为外部表面。因此，所述舟皿本体增强体的内表面为舟皿的内部表面，外表面为其外部表面；所述的端盖增强体上、下表面可分别为舟皿的内部、外部表面。所述的舟皿的内部表面为所述的功能层，所述的舟皿的外部表面为支撑层。
7、本专利技术所提供的碳/碳舟皿由支撑层(包含支撑层a与支撑层b)和功能层(包含功能层c与功能层d)组成，支撑层和功能层的纤维含量及纤维编织结构不同：支撑层的碳纤维占比相比功能层高，纤维排布相比功能层有序度高，功能层的增密热解碳含量相比支撑层高，纤维排布相比支撑层无序度高；其中支撑层位于碳/碳舟皿的外层，而功能层位于碳/碳舟皿的内层，功能层在应用时与物料相接触，本专利技术中，舟皿支撑层中碳纤维含量相对较高，且含有无纬布层，有利于力学性能的提高，可有效避免外力敲击而导致舟皿损伤；功能层碳纤维含量相对较低(也即孔隙率相对较高)，功能层中的碳基体含量相对较高，碳纤维含量低，有利于减少碳纤维和碳基体的界面面积，改善舟皿各组分之间的结合力，因此，可有效减少舟皿与所承载物料产品之间的粘结而消耗舟皿，以及舟皿消耗进入产品中导致产品的质量问题。此外，功能层中不含无纬布层，可避免无纬布中纤维束整体脱落而导致的舟皿加速消耗的问题。
8、优选的方案，所述舟皿主体与舟皿端盖采用榫卯连接。在本专利技术中，舟皿主体与端盖采用分体式设计，采用榫卯连接，若舟皿主体与端盖寿命不一致时，可以拆卸替换损块的部分，降低成本。
9、优选的方案，所述碳/碳舟皿整体的密度≥1.45g/cm3，其中所述的舟皿主体的密度≥1.48g/cm3，所述的舟皿端盖的密度≥1.40g/cm3。
10、进一步的优选，舟皿端盖的密度低于舟皿主体的密度。当舟皿端盖的密度低于舟皿主体的密度时，易于使舟皿主体与舟皿端盖的寿命保持一致。
11、优选的方案，所述碳/碳舟皿中增强体的密度为0.30～0.40g/cm3，所述支撑层a与支撑层b的密度均为0.41～0.55g/cm3；所述功能层c与功能层d的密度均为0.12～0.24g/cm3。
12、优选的方案，所述功能层c的厚度为舟皿主体总厚度的50～70％，所述功能层d的厚度为舟皿端盖厚度的50～70％。
13、优选的方案，所述支撑层a与支撑层b中增强体由外向内密度逐渐减小。也即由外向内存在密度梯度，外部密度高，内部密度相对较低，相当于具有渐变过渡层，有利于支撑层与功能层之间的结合，得到的产品在极端高温使用条件下抗热震性能更为优异，同时，该设计得到的增强体的孔隙率同样存在密度梯度，即外部孔隙率低，内部孔隙率高，有利于气体从内部到外部的渗透(厚度方向)，可有效的避免化学气相沉积导致的表面封孔现象，从而有利于增密速率的提高、制造成本的降低。
14、进一步的优选，所述支撑层a与支撑层b的增强体中，碳纤维无纬布层与碳纤维网胎的重量比均为50～70：30～50，且由外向内，碳纤维无纬布的占比梯度减少，碳纤维网胎的层数占比梯度增加。通过减少无纬布铺层的频率实现支撑层a与支撑层b中增强体由外向内无纬布的占比减少，密度梯度减少。
15、专利技术人发现，采用梯度增加碳纤维网胎层数的方式，不仅能够确保舟皿关键部位的力学性能与未设计密度梯度的舟皿的力学性能相当，而且由于碳纤维网胎的占比增加，减少了舟皿的成本，同时更好的提高化学气相沉积的效率，实现低成本，快速的制备碳/碳舟皿。
16、更进一步的优选，所述支撑层a与支撑层b的增强体，从外至内可分为m层梯度层，所述m≥2，优选为2～5，任意一层梯度层中，均由单层的碳纤维无维布与网胎层单元交替层叠，z向连续针刺制得；网胎层单元由n层碳纤维网胎组成，n≥1，优选为1～5，且第m层梯度层中网胎层单元中碳纤维网胎的层数比第m-1层梯度层中网胎层单元中碳纤维网胎的层数大1及以上，同时任意一层梯度层中，碳纤维无维布与网胎层单元的数量均≥5。
17、专利技术人发现，采用上述优选的铺层设计舟皿的力学性能更优：可承受外力的敲击而不损伤。
18、优选的方案，所述功能层c与功能层d的表面均设置有碳涂层。本专利技术中，功能层c与功能层d中纤维含量少，碳含量高，且该优选方案中，更是设置有致密的碳涂层，进一步的降低了舟皿与所承载物料产品之间的粘结，提升了产品的寿命。
19、本专利技术还提供一种碳/碳舟皿的制备方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述碳/碳舟皿，包括舟皿主体以及位于舟皿主体端部的两个舟皿端盖，所述舟皿主体在厚度方向上由外至内分为支撑层A与功能层C，所述舟皿端盖在厚度方向上由外至内分为支撑层B与功能层D；所述支撑层A与支撑层B的增强体均由碳纤维无纬布与碳纤维网胎层叠，Z向连续针刺制得，所述功能层C与功能层D的增强体均由碳纤维网胎层叠，Z向连续针刺制得，所述支撑层A中的碳基体的含量＜所述功能层C中的碳基体的含量，所述支撑层B中的碳基体的含量＜所述功能层D中的碳基体的含量。
2.根据权利要求1所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述舟皿主体与舟皿端盖采用榫卯连接；
3.根据权利要求1或2所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述支撑层A与支撑层B的增强体中，碳纤维无纬布层与碳纤维网胎的重量比均为50～70：30～50，且由外向内，碳纤维无纬布的层数占比梯度减少，碳纤维网胎的层数占比梯度增加。
4.根据权利要求3所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述支撑层A与支撑层B的增强体，从外至内分为M层梯度层，所述M≥2，任意一层梯度层中，均由单层的碳纤维无维布
5.根据权利要求1或2所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述功能层C与功能层D的表面均设置有碳涂层。
6.权利要求1-5任意一项所述的一种碳/碳舟皿的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种碳/碳舟皿的制备方法，其特征在于：于功能层C的表面将碳纤维无纬布与碳纤维网胎按M种不同的组合交替缠绕层叠，Z向逐层连续针刺获得舟皿主体的增强体；所述M≥2，任意一种组合方式下，均是由单层的碳纤维无维布与网胎层单元交替层叠，Z向逐层连续针刺制得；网胎层单元由n层碳纤维网胎组成，n≥1，且控制第M次组合过程中，网胎层单元中碳纤维网胎的层数比第M-1次组合过程中网胎层单元中碳纤维网胎的层数小1及以上，同时任意一种组合方式中，碳纤维无维布与网胎层单元的数量均≥5；
8.根据权利要求6或7所述的一种碳/碳舟皿的制备方法，其特征在于：所述支撑层A与支撑层B的增强体中，无纬布的铺层之间的角度为0°/90°；
9.根据权利要求6或7所述的一种碳/碳舟皿的制备方法，其特征在于：
10.根据权利要求6或7所述的一种碳/碳舟皿的制备方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述碳/碳舟皿，包括舟皿主体以及位于舟皿主体端部的两个舟皿端盖，所述舟皿主体在厚度方向上由外至内分为支撑层a与功能层c，所述舟皿端盖在厚度方向上由外至内分为支撑层b与功能层d；所述支撑层a与支撑层b的增强体均由碳纤维无纬布与碳纤维网胎层叠，z向连续针刺制得，所述功能层c与功能层d的增强体均由碳纤维网胎层叠，z向连续针刺制得，所述支撑层a中的碳基体的含量＜所述功能层c中的碳基体的含量，所述支撑层b中的碳基体的含量＜所述功能层d中的碳基体的含量。
2.根据权利要求1所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述舟皿主体与舟皿端盖采用榫卯连接；
3.根据权利要求1或2所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述支撑层a与支撑层b的增强体中，碳纤维无纬布层与碳纤维网胎的重量比均为50～70：30～50，且由外向内，碳纤维无纬布的层数占比梯度减少，碳纤维网胎的层数占比梯度增加。
4.根据权利要求3所述的一种碳/碳舟皿，其特征在于：所述支撑层a与支撑层b的增强体，从外至内分为m层梯度层，所述m≥2，任意一层梯度层中，均由单层的碳纤维无维布与网胎层单元交替层叠，z向连续针刺制得；网胎层单元由n层碳纤维网胎组成，n≥1，且第m层梯度层中网胎层单元中碳纤维网胎的层数比第m-...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈益顺，刘婵，陈灵涛，张卿，邵南子，刘迪文，熊杰，
申请(专利权)人：湖南博云新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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