一种在石墨球体表面包覆热解碳的设备及气相沉碳方法，所述的设备中的卧式炉体(2)前后分别装配炉盖(1)和炉底(6)，卧式炉体(2)的中间为沉积室(5)，沉积室(5)与卧式炉体(2)之间固定装配发热元件(4)和保温材料(3)；沉积室(5)内安装可水平滑移的料台机构(8)，料台机构(8)上固定可装石墨球体的带通孔的石墨托架(7)，石墨托架(7)上放置石墨球，料台机构(8)与振动机构连接，振动机构可防止石墨托架(7)上的石墨球静止；沉积室(5)的前后部分别安装进气系统和真空实现系统，工作过程中，通过安装在沉积室(5)上的真空表(12)及控温热电偶(13)控制沉积室(5)内温度及压力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用卧式电阻加热式振动气相沉碳方法制备石墨球表面包覆层的工艺和装备，其产品应用于核能领域核反应堆停堆系统石墨吸收球。
技术介绍
目前，化学气相沉积技术一般为待沉积工件在静止状态下的沉积，此时待沉积工件必须有某个部位与支撑起它的工装或料盘相接触，在静止状态下，接触点往往沉积不到而造成局部缺陷。除了静止沉积外，还有一种技术是浮动沉积，其原理是依靠大流量的气体将待沉积工件吹起来，漂浮在沉积室内进行沉积，此技术有其局限性，要求待沉积工件较轻，另外，要求有大量的气体，造成成本的升高
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种石墨球的表面包覆层的制备工艺及相应设备，适用于不同种类的石墨球的表面气相沉碳，避免了普通沉积技术的局部缺陷，提高了球体沉积后的表面质量，满足核反应堆停堆系统的使用要求。本专利技术设备的技术解决方案是一种在石墨球体表面包覆热解碳的设备，包括炉盖、卧式炉体、保温材料、发热元件、沉积室、炉底、料架、料台机构、真空实现系统、真空表、控温热电偶、振动机构；卧式炉体前后分别装配炉盖和炉底，卧式炉体的中间为沉积室，沉积室与卧式炉体之间固定装配发热元件和保温材料；沉积室内安装可水平滑移的料台机构，料台机构上固定可装石墨球体的带通孔的石墨托架，石墨托架上放置石墨球，料台机构与振动机构连接，振动机构可防止石墨托架上的石墨球静止；沉积室的前后部分别安装进气系统和真空实现系统，工作过程中，通过安装在沉积室上的真空表及控温热电偶控制沉积室内温度及压力。所述的振动机构包括连杆与料架连接装置、电机与料架连杆、电机传动杆、振动电机；振动电机的电机传动杆运动方向为水平运动，电机传动杆通过电机与料架连杆、连杆与料架连接装置与料台机构连接，并保证振动电机工作时，料台机构能够在沉积室内水平运动。所述的振动机构包括液压站系统、液压顶杆；料台机构通过液压顶杆与卧式炉体外部的液压站系统连接；液压站系统提供顶起动力，通过液压顶杆带动料台机构上料架上的石墨球运动。本专利技术方法的技术方案是一种在石墨球体表面包覆热解碳的气相沉碳方法，步骤如下第一步，将石墨球置于上述设备中的多层料台上，将料台水平推入沉积室)，密封炉盖;第二步，对卧式炉体内抽真空，加热沉积室，控制沉积室内温度为800 1200°C，压力为500 5000Pa ；第三步，向沉积室内通入碳源气体及氩气的混合气体，同时通过振动机构实现石墨球在料架上的有规律翻转，即进行沉碳过程处理，沉碳过程持续2 20h ;第四步，将沉积室内料架上的石墨球进行冷却后出炉，即可在石墨球表面制备出均匀细密的碳包覆层。所述第三步中的沉碳处理过程采用上面第一种振动机构进行振动，水平方向振动频率为I 30次/h，振动幅度为5 20mm。所述第三步中的沉碳处理过程采用上述第二种振动机构进行振动，具体过程为轮流顶起两个液压顶杆，顶起频率为I 30次/h,顶起后料架与水平方向形成的倾斜角度为O.I 5。。。 所述的轮流顶起两个液压顶杆液压顶杆，其中顶起一个液压顶杆后，实现料架的倾斜，保持Imin。本专利技术与现有技术相比有益效果为(I)本专利技术的技术为振动沉积，利用一定的机械装置将待沉积球形体动起来，避免其某一点一直与工装接触而造成沉积不上的局部缺陷，大大提高了球体沉积后的表面质量。而且本专利技术几乎不受待沉积工件大小的限制，只要待沉积工件为球体即可，工艺过程中也不需要大流量气体，降低了生产成本。(2)通过本工艺方法和实施工艺的专用设备，可实现石墨球体表面包覆碳层的均匀一致，即在沉积室内上层与下层之间，前料架于后料架之间的沉碳增重效率差别< 5%。(3)通过本工艺方法和实施工艺的专用设备，能实现石墨球表面包覆层的批量生产，每次最多可处理IOOkg球体，且质量合格率高。附图说明图I为本专利技术的结构示意图；图2和图3分别为两种振动方式下的振动机构示意图。具体实施例方式下面首先结合附图I详细介绍本专利技术的设备。本专利技术设备包括炉盖I、卧式炉体2、保温材料3、发热元件4、沉积室5、炉底6、料架7、料台机构8、真空实现系统、真空表12、控温热电偶13、振动机构；带水冷却的卧式炉体2前后分别装配炉盖I和炉底6，卧式炉体2的中间为沉积室5，沉积室5与卧式炉体2之间固定装配发热元件4和保温材料3 ;沉积室5内安装可水平滑移的料台机构8，料台机构8上固定可装石墨球体的带通孔的石墨托架7，石墨托架7上放置石墨球，根据石墨球体直径及总量设计石墨托架7的高度及球体数量，保证石墨球在石墨托架7上能够自由运动即可；料台机构8与振动机构连接，振动机构可防止石墨托架7上的石墨球静止；沉积室5的前后部分别安装进气系统和真空实现系统(例如可以包括真空管路9、过滤罐10、真空泵11)，工作过程中，通过安装在沉积室5上的真空表12及控温热电偶13控制沉积室5内温度及压力。所述的振动机构中，本专利技术提供两种振动方式，振动方式I如图2所示(图中虚线框代表炉体部分)，振动机构整体结构由振动电机14,电机传动杆15,电机与料架连杆16,连杆与料架连接装置17等组成；电机传动杆15运动方向为水平运动，并有一定的加速度；电机传动杆15通过电机与料架连杆16、连杆与料架连接装置17与料台机构8连接。电机传动杆15为不锈钢等金属材料件；电机与料架连杆16的材料可以为C/C复合材料、石墨材料、高温合金、陶瓷材料或其组合件；连杆与料架连接装置17可以为螺杆连接，搭接等形式；电机传动杆15，电机与料架连杆16之间可以采用螺纹连接、螺杆连接等形式；石墨料架7的材料可以为石墨、C/C复合材料、高温合金等；料台机构8可以为石墨材料、C/C复合材料、高温合金等。振动方式2如图3所示，振动机构整体结构由液压系统20，液压顶杆18，19等组成；液压站系统20提供顶起动力；液压顶杆18，19炉体外部分为不锈钢等金属材料件，炉体内部分可以选用C/C复合材料、石墨材料、高温合金、陶瓷材料或其组合件。下面介绍本专利技术方法，方法步骤如下第一步，将石墨球置于多层料台上7，将料台水平推入沉积室5中，密封炉盖I ; 第二步，对炉体内抽真空后，加热沉积室5，然后控制沉积室5内温度为800 12000C (通过控温热电偶13控制)，压力为500 5000Pa(通过真空表12控制)；第三步，向沉积室5内通入碳源气体及氩气的混合气体，其中碳源气体为甲烷、丙烷等，流量为20 200L/min，此时沉积室内压力不变；沉碳过程持续2 20h，期间通过两种方式实现振动，第一种如图2所示，振动电机14带动传动杆15、连杆16给料架7 —定的加速度使之水平方向运动，由于惯性的作用实现石墨球在料架上的有规律翻转，达到球体表面均匀沉碳的目的，其中水平方向振动频率为I 30次/h，振动幅度为5 20mm ;第二种如图3所示，在炉体外加装一液压机构20，其中液压顶杆通往料架底座，轮流顶起液压液压顶杆一 18和液压顶杆二 19，顶起一次的过程为，先顶起某一个液压顶杆，实现料架的倾斜，保持lmin，球形产品在料架上有规律翻转，然后收起液压顶杆，使料架水平，达到球体表面均匀沉碳的目的，其中顶起频率为I 30次/h，顶起后料架与水平方向形成的倾斜角度为 O. I 5。。；第四步，沉积工艺完成，经冷却后出炉，即可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在石墨球体表面包覆热解碳的设备，其特征在于：包括炉盖(1)、卧式炉体(2)、保温材料(3)、发热元件(4)、沉积室(5)、炉底(6)、料架(7)、料台机构(8)、真空实现系统、真空表(12)、控温热电偶(13)、振动机构；卧式炉体(2)前后分别装配炉盖(1)和炉底(6)，卧式炉体(2)的中间为沉积室(5)，沉积室(5)与卧式炉体(2)之间固定装配发热元件(4)和保温材料(3)；沉积室(5)内安装可水平滑移的料台机构(8)，料台机构(8)上固定可装石墨球体的带通孔的石墨托架(7)，石墨托架(7)上放置石墨球，料台机构(8)与振动机构连接，振动机构可防止石墨托架(7)上的石墨球静止；沉积室(5)的前后部分别安装进气系统和真空实现系统，工作过程中，通过安装在沉积室(5)上的真空表(12)及控温热电偶(13)控制沉积室(5)内温度及压力。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨村林，姜召阳，敖明，韩钢，韩渤涛，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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