專利名稱：炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管。
背景技術(shù)：
炭纖維增強炭基復(fù)合材料是優(yōu)異的熱結(jié)構(gòu)——功能一體化先進(jìn)復(fù)合材料，它綜合了炭材料的高溫性能和復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能，其主要性能特點有磨擦系數(shù)穩(wěn)定、高溫下強度和剛度高、耐燒蝕、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性高、化學(xué)惰性、耐疲勞、抗熱震、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)以及生物相容性等。炭/炭復(fù)合材料是目前唯一可以用于2800℃高溫的復(fù)合材料。并且高溫下仍能保持其室溫時的強度，甚至還有所提高，這是目前工程材料中唯一能保持這種特性的材料。近年來炭/炭復(fù)合材料逐漸成為人們研究的熱點，并且被廣泛地應(yīng)用于航空、航天及民用工業(yè)領(lǐng)域。然而，目前炭/炭復(fù)合材料制件的制備大多局限于盤型件和筒型件，由于炭/炭復(fù)合材料多應(yīng)用于航空、航天等國防領(lǐng)域，其復(fù)雜異型件的制備方法報道甚少。對于復(fù)雜的異型件，常采用機械加工等后處理方法，造成人力、物力、財力和時間的極大浪費。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能制備炭/炭復(fù)合材料復(fù)雜異型件的缺點，本發(fā)明提供一種炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管的制備方法，不采用機械加工等后處理方法就可直接制備出炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管。這種制備方法簡單實用，可制備復(fù)雜形狀的空心炭/炭復(fù)合材料構(gòu)件。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用下述方法制備炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管1)首先將純度大于99.9％的銅管，按設(shè)計要求彎曲成螺旋管坯；2)將1K或3K炭纖維布剪成寬為30mm～50mm條狀，在體積百分比為3～5％的聚醋酸乙烯溶液中浸泡6～8小時，水溫保持在70～80℃；3)用經(jīng)過處理的炭纖維布在銅螺旋管坯上均勻、順次往復(fù)纏繞，纏繞厚度為5～8mm，纏繞接頭處用炭纖維線捆扎緊，然后用聚醋酸乙烯乳液在纏好的炭纖維布表面均勻涂刷；4)將這種制備好的纏有炭纖維布的銅螺旋管毛坯放在烘箱中干燥8～10小時，溫度為150～250℃；5)將干燥好的毛坯兩端的銅管分別夾在熱梯度CVI爐的兩個石墨電極上，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，爐內(nèi)壓強0.13MPa，通入流量為2～3m3/hr天然氣，化學(xué)氣相沉積爐的溫度應(yīng)在4～5小時內(nèi)由室溫升到800～900℃，沉積20～30小時，然后以100℃/hr的速度降溫至300℃時，切斷電源，關(guān)掉天然氣，自然冷卻到室溫；6)將沉積好的帶銅芯的炭/炭復(fù)合材料螺旋管放入等溫爐內(nèi)，爐內(nèi)壓強0.1MPa，通入氬氣保護(hù)，氬氣流量為0.5m3/hr，以20～25℃/min的升溫速度將爐溫升至1200～1300℃，保溫1～1.5小時，內(nèi)部銅管熔化后流出，隨爐冷卻到室溫，即得炭/炭復(fù)合材料螺旋管。
所述的螺旋管坯還可以是本發(fā)明未提及的其他形狀。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于；由于采用了以銅管為芯，在造好形狀的銅管坯上纏繞炭纖維布，經(jīng)過化學(xué)氣相沉積，再熔化銅管芯來制備炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，不采用機械加工等后處理方法就可直接制備出炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，這種制備方法簡單實用，而且可制備復(fù)雜形狀的空心炭/炭復(fù)合材料構(gòu)件。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實施例1將內(nèi)徑Φ5mm，外徑Φ10mm，長為1m，純度大于99.9％的銅管，彎曲成螺距為50mm，直徑為150mm，高為400mm的螺旋管坯。將3K炭纖維布剪成寬30mm條狀，在體積百分比為5％，水溫為80℃的聚醋酸乙烯水溶液中浸泡6小時。用經(jīng)過處理的炭纖維布在銅螺旋管坯上均勻、順次往復(fù)纏繞，纏繞厚度為5mm，纏繞接頭處用炭纖維線捆扎緊，然后用聚醋酸乙烯乳液在纏好的炭纖維布表面均勻涂刷。將這種制備好的纏有炭纖維布的銅螺旋管毛坯放在烘箱中干燥10小時，溫度為150℃。
將干燥好的炭纖維布銅螺旋管毛坯兩端的銅管分別夾在熱梯度CVI爐的兩個石墨電極上。為了減小接觸電阻，在夾持的縫隙內(nèi)用炭纖維碎屑填充。通入天然氣，其流量為3m3/hr，在5小時內(nèi)將化學(xué)氣相沉積爐溫度由室溫升到900℃，爐內(nèi)壓強0.13MPa，在900℃溫度下，沉積20小時。然后以100℃/hr的速度降溫到300℃時，切斷電源，關(guān)掉天然氣，制件隨爐冷卻到室溫。然后將沉積好的帶銅管芯的炭/炭復(fù)合材料螺旋管放在等溫爐內(nèi)，爐內(nèi)壓強0.1MPa，通入氬氣保護(hù)，氬氣流量為0.5m3/hr，以25℃/min的升溫速度將爐溫升至1300℃，保溫1小時，使其內(nèi)部銅管熔化，隨后冷卻到室溫。這樣就制得了炭/炭復(fù)合材料螺旋管。其制成品如
圖1照片所示。
實施例2將內(nèi)徑Φ3mm，外徑Φ8mm，長為2m，純度大于99.9％的銅管，彎曲成螺距為80mm，直徑為100mm，高為800mm的螺旋管坯。將1K炭纖維布剪成寬50mm條狀，在體積百分比為3％，水溫為70℃的聚醋酸乙烯水溶液中浸泡8小時。用經(jīng)過處理的炭纖維布在銅螺旋管坯上均勻、順次往復(fù)纏繞，纏繞厚度為8mm，纏繞接頭處用炭纖維線捆扎緊，然后用聚醋酸乙烯乳液在纏好的炭纖維布表面均勻涂刷。將這種制備好的纏有炭纖維布的銅螺旋管毛坯放在烘箱中干燥8小時，溫度為250℃。
將干燥好的炭纖維布銅螺旋管毛坯兩端的銅管分別夾在熱梯度CVI爐的兩個石墨電極上。為了減小接觸電阻，在夾持的縫隙內(nèi)用炭纖維碎屑填充。通入天然氣，其流量為3m3/hr，在4小時內(nèi)將化學(xué)氣相沉積爐溫度由室溫升到800℃，爐內(nèi)壓強0.13MPa，在800℃溫度下，沉積30小時。然后以100℃/hr的速度降溫到300℃時，切斷電源，關(guān)掉天然氣，制件隨爐冷卻到室溫。然后將沉積好的帶銅管芯的炭/炭復(fù)合材料螺旋管放在等溫爐內(nèi)，爐內(nèi)壓強0.1MPa，通入氬氣保護(hù)，氬氣流量為0.5m3/hr，以20℃/min的升溫速度升溫至1200℃，保溫2小時，使其內(nèi)部銅管熔化，隨后冷卻到室溫。這樣就制得了炭/炭復(fù)合材料螺旋管。
權(quán)利要求
1.一種炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，其特征在于采用下述方法制備1)首先將純度大于99.9％的銅管，按設(shè)計要求彎曲成螺旋管坯；2)將1K或3K炭纖維布剪成寬為30mm～50mm條狀，在體積百分比為3～5％的聚醋酸乙烯溶液中浸泡6～8小時，水溫保持在70～80℃；3)用經(jīng)過處理的炭纖維布在銅螺旋管坯上均勻、順次往復(fù)纏繞，纏繞厚度為5～8mm，纏繞接頭處用炭纖維線捆扎緊，然后用聚醋酸乙烯乳液在纏好的炭纖維布表面均勻涂刷；4)將這種制備好的纏有炭纖維布的銅螺旋管毛坯放在烘箱中干燥8～10小時，溫度為150～250℃；5)將干燥好的毛坯兩端的銅管分別夾在熱梯度CVI爐的兩個石墨電極上，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，爐內(nèi)壓強0.13MPa，通入流量為2～3m3/hr天然氣，化學(xué)氣相沉積爐的溫度應(yīng)在4～5小時內(nèi)由室溫升到800～900℃，沉積20～30小時，然后以100℃/hr的速度降溫至300℃時，切斷電源，關(guān)掉天然氣，自然冷卻到室溫；6)將沉積好的帶銅芯的炭/炭復(fù)合材料螺旋管放入等溫爐內(nèi)，爐內(nèi)壓強0.1MPa，通入氬氣保護(hù)，氬氣流量為0.5m3/hr，以20～25℃/min的升溫速度將爐溫升至1200～1300℃，保溫1～1.5小時，內(nèi)部銅管熔化后流出，隨爐冷卻到室溫，即得炭/炭復(fù)合材料螺旋管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，其特征在于所述的螺旋管坯還可以是本發(fā)明未提及的其他形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，采用下述方法制備以純度大于99.9％的銅管為芯，按設(shè)計要求將其彎曲成螺旋管坯，在管坯上均勻、順次往復(fù)纏繞炭纖維布，經(jīng)過化學(xué)氣相沉積，再熔化銅管芯制備炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，這種制備方法不采用任何機械加工等后處理方法就可直接制備出炭/炭復(fù)合材料異型螺旋管，而且制作過程簡單，生產(chǎn)成本低。還可制備出其他復(fù)雜形狀的空心炭/炭復(fù)合材料構(gòu)件。
文檔編號F16L9/16GK1563773SQ200410025950
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者李克智, 趙建國, 李賀軍 申請人:西北工業(yè)大學(xué)