【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及特种陶瓷纤维制备，具体涉及一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置及方法。
技术介绍
1、二十世纪七十年代，日本东北大学s.yajima教授技术团队受碳纤维制备工艺路线的启发，通过聚硅烷裂解、聚合制备出聚碳硅烷(pcs)，pcs经熔融纺丝、氧气交联和高温无机化处理，制备出连续碳化硅纤维。s.yajima教授的这种从有机聚合物(前驱体)出发制备无机陶瓷材料工艺方法称为前驱体转化法。前驱体转化法不仅可用于制备碳化硅纤维，还可用于制备氮化硼、氮化硅等特种陶瓷纤维。
2、随着对前驱体转化法制备特种陶瓷纤维技术研究的不断深入，人们发现在纤维里掺入不同的元素，可提高纤维原有性能或使纤维具备一些特别性能。例如：在液态聚硅烷(lps)中加入乙酰丙酮铝，制备出含铝聚碳硅烷(pacs)，pacs经熔融纺丝、氧气交联和在惰性气体气氛中高温烧成，制得含铝碳化硅纤维，这种掺杂纤维比纯碳化硅纤维具有更高的高温抗氧化性能；在pcs中均匀混入纳米铁粉，经熔融纺丝、交联和烧成，制备出含铁碳化硅纤维，这种掺杂纤维除了具备高温抗氧化性能，还具有吸波特性。
3、上述掺杂方法无论是物理法或化学法，均在前驱体中掺杂，称为前驱体掺杂法。前驱体掺杂法工艺难度高，新组分的掺入不可避免地导致前驱体可纺性变差，原丝制备困难。因此，人们又研究了不在前驱体中掺杂的方法。这种掺杂法是将掺杂工作放到了熔融纺丝后进行，规避前驱体掺杂导致的纺丝难题。这种掺杂法是通过含有掺杂元素的活性气体与原丝或电子束交联后的原丝(又称不熔化丝)发生化合反应，实现纤维掺杂。对于活性
4、气相掺杂工艺难点是如何保证掺杂元素含量的一致性。导致纤维掺入原丝不一致的原因是在工业化生产中连续陶瓷纤维必须具备足够的长度。只有具备足够的长度，纤维才能降低成本满足用户需求。工业级别纤维的长度通常在1000m以上，对应原丝卷绕上筒后丝层厚度通常5mm以上(为便于叙述，后文中出现的丝筒，均指卷绕有工业化长度的原丝的丝筒)。受丝层厚度影响，内层丝接受活性气体的浓度及流动性低于外层，因此表层及浅表层的化合反应速度快于内层。最终表现为内外层掺杂程度的不一致。因此，在气体掺杂过程中，如何保证活性气体均匀渗入丝筒内层并均匀反应，是一个需要解决工艺难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是提供一种特种陶瓷纤维气相掺杂装置，通过对供气系统及丝筒工装的创新设计，实现活性掺杂气体持续从原丝(或不熔化丝)内层向外层均匀扩散，从而确保了原丝(或不熔化丝)内外层具有相同的反应条件，实现了纤维掺杂一致性；本装置结构简单、造价低、可靠性高。
2、本专利技术的目的之二是提供一种特种陶瓷纤维气相掺杂工艺方法，实现特种陶瓷纤维内外层掺杂元素含量一致性以及批次之间的稳定性。
3、为实现上述目的，本专利技术装置的技术方案，一种特种陶瓷纤维气相掺杂装置，由炉体、活性掺杂气体供气系统、供电系统、电控系统、水冷系统及其它辅助系统构成，请参阅图1、图2、图3以及图4。
4、第一方面，本专利技术提供一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，炉体主体为双层耐热不锈钢圆形罐体，罐体前端设置不锈钢法兰，前端法兰与罐体焊接，法兰与罐体焊接面上开有冷却水槽并封闭。前端法兰与炉门通过铰链连接，炉门上开有o形圈密封槽，与前端法兰面通过均布手轮锁紧。后端法兰与罐体焊接面上亦开有冷却水槽并封闭，后端法兰与开有o形圈密封槽的后炉盖通过螺栓锁紧。内罐体、前端法兰、后端法兰、炉门、炉盖构成炉膛。罐体底部设置导热油进油管，上部设置导热油出油管，罐体上部设置出气支管，出气支管位于相对应工位的中间，一端接入炉膛，另一端并联接入出气总管。罐体外壁设置保温层。
5、炉体后端法兰中心设置转轴定位法兰，定位法兰中心设置转轴定位轴承。端盖中心设置磁力密封传动器安装法兰，安装法兰外端面与磁力密封传动器上的底部法兰连接，安装法兰中心设置动密封环、定位轴承。炉膛内设置悬臂转轴，转轴通过定位法兰上的定位轴承和安装法兰上的定位轴承，进入磁力密封传动器内腔，转轴在磁力密封传动器内腔部分设置磁钢贴片，构成磁力密封传动器内转子。磁力密封传动器外设置减速器以及电机组件。减速器以及电机组件与磁力密封传动器内贴有磁钢贴片的外转子连接。在磁力密封传动器底部法兰上设置气孔与磁力密封传动器内腔连通，气孔另一端与进气管连接；转轴轴线方向设置气孔与磁力密封传动器内腔连通，转轴垂直轴线方向设置气孔，气孔与对应工位的丝筒工装内腔连通。转轴上设置若干丝筒工装端盖定位螺套，定位螺套位于对应工位两端，与转动轴焊接在一起，用于安装丝筒工装密封端盖。密封端盖每个端面设置第一o形圈密封槽以及第二o形圈密封槽，第一o形圈密封槽的面积小于第二o形圈密封槽的面积，第一o形圈密封槽用于与定位螺母之间的密封，第二o形圈密封槽用于与丝筒工装密封环之间的密封，密封端盖端面设置丝筒工装定位环，定位环与端盖固定，用于定位丝筒工装，密封端盖端面设置一大一小二个o形圈密封槽，第一o形圈密封槽为小密封槽，第二o形圈密封槽为大密封槽，小密封槽用于与定位螺母之间的密封，大密封槽用于与丝筒工装密封环之间的密封，密封端盖端面设置丝筒工装定位环，定位环与端盖固定在一起，用于定位丝筒工装。丝筒工装由网筒和两端的密封环构成，网筒中间部分设置大量均布小孔，设置小孔区域用于缠绕原丝，原丝缠绕宽度稍大于小孔区域宽度，密封环用于通过o型圈与端盖面压紧密封，网筒与密封环焊接在一起。作为优选，炉膛内工位数量设置为1-5个。
6、第二方面，本专利技术还公开了一种特种陶瓷纤维气相掺杂的工艺方法，包括以下步骤：
7、s1、首先将炉膛内转轴上最里面一个定位螺套上的密封端盖用定位螺母锁紧。再将卷绕有原丝或不熔化丝的丝筒工装套在端盖上的定位环上，然后将另一个双面均有定位环及o型密封圈的端盖套在第二个定位螺套上，并将端盖上的定位环套入丝筒工装，锁紧定位螺母。丝筒工装和两端的端盖构成了一个独立的封闭气腔。采用相同操作，将多个丝筒装入炉膛，关闭并锁紧炉门；
8、s2、抽真空用高纯氮气置换炉内气氛3次，根据交联工艺要求设置温度/时间运行程序。
9、s3、开冷却水，开动力电源；开掺杂活性气体进气阀，向炉内通入活性气体，开掺杂活性气体出气阀，调节出气流量，使炉膛内保持微正压。
10、s4、运行掺杂工艺温度/时间程序。程序运行结束后，关掺杂气体出气阀，关掺杂气体进气阀，关闭水源，关闭气源，关闭电源；
11、s5、当炉内温度降到规定温度，用高纯氮排空炉内残余气体，开炉门，取出丝筒。
12、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置及方法，通过对气相掺杂装置的掺杂活性气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，包括炉体(1)；
2.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括；
3.根据权利要求2所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括；活性掺杂气体依序进入进气管、磁力密封传动器底部法兰气孔、磁力密封传动器内腔、转轴轴线方向气孔、垂直轴线通孔、丝筒工装内腔、丝筒工装网孔、原丝、炉膛、出气支管，最后从出气总管排出，形成了完整气体流动体系。
4.根据权利要求2所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括；炉内的工位数量被设置为1-8个，进一步优选为2-5个。
5.根据权利要求2所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括，热媒介质为导热油，加热设备包括但不限于导热油炉。
6.一种特种陶瓷纤维气相掺杂方法，其特征在于，应用于特种陶瓷纤维气相掺杂装置，其特征在于；
【技术特征摘要】
1.一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，包括炉体(1)；
2.根据权利要求1所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括；
3.根据权利要求2所述的一种特种陶瓷纤维不熔化丝掺杂装置，其特征在于，还包括；活性掺杂气体依序进入进气管、磁力密封传动器底部法兰气孔、磁力密封传动器内腔、转轴轴线方向气孔、垂直轴线通孔、丝筒工装内腔、丝筒工装网孔、原丝、炉膛、出气支管，最后从出气总管...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹慧昭，李建国，王瑞轩，
申请(专利权)人：北京重基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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