一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉的制作方法

1.本实用新型涉及碳碳复合材料制备装置技术领域，特别涉及一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉。


背景技术：

2.碳碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域。
3.传统的碳碳复合材料采用电炉丝加热和感应线圈加热的方法，加热预制工件产生高温，同时加热热量裂解外界碳源物质在碳纤维上发生裂解反应，碳源物质的裂解碳沉积在预制体工件内，提高预制工件内的碳密度含量。但是该过程存在沉积慢、效率低、能熬大、成本高和质量不稳定等问题，严重制约了碳碳复合材料的应用和推广。
4.因此，如何提供一种沉积快、效率高、能耗低、成本低、质量稳定且易操作的碳碳复合材料制备装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉，利用微波在预制工件体内产生强涡流，进而使预制体工件由内向外迅速产生高温解决现有碳碳复合材料制备装置沉积慢、效率低、能熬大、成本高和质量不稳定的技术问题。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉，包括：箱体、增高架、升降机、用于放置预制工件的托板、微波透射的沉积腔体、进气管、单向阀一、装有天然气和氮气的储气罐、出气管、单向阀二、抽气泵、多个微波发射器及控制器，
7.箱体底部固定在增高架上且其底面开设有通过孔；升降机对应位于箱体下方；托板水平固定在升降机的升降输出端且可伸入通过孔并关闭通过孔；沉积腔体下端开口且可拆卸固定在托板上部并与箱体之间预留间隙；进气管一端的出气口依次穿过箱体和沉积腔体与沉积腔体内部连通；另一端的进气口安装有单向阀一且与储气罐的出气口连通；出气管一端的进气口与沉积腔体内连通，另一端的出气口安装有单向阀二且穿过托板与抽气泵的抽气管连通；多个微波发射器间隔固定在箱体的外侧壁上且其微波发射口伸入预留间隙；
8.控制器分别与升降机、单向阀一、单向阀二、微波发射器及抽气泵电性连接。
9.本实用新型的有益效果是：预制工件放置在托板上，托板随升降机的输出端向上移动并关闭通过孔，此时，控制器开启单向阀一、单向阀二、微波发射器和抽气泵，储气罐开始为沉积腔体内提供氮气和天然气，氮气可以保护预制工件不发生氧化反应，抽气泵开始抽取沉积腔体内原有空气，微波发射器发射微波，微波穿过沉积腔体进入沉积腔体内，并在预制工件内部形成强涡流，进而使预制体工件由内向外迅速产生高温，并形成内高外低的
温度梯度，当沉积腔体内温度达到预制温度后，在微波和高温的双重作用下，天然气裂解为氢气和碳源气体，随着沉积腔体内碳源气体含量不断增加，碳源气体进入预制工件内部，由于预制工件内部存在内高外低的温度梯度，碳源气体会由内向外逐渐沉积，在有效避免预制工件碳密度含量“外密内疏”的同时，可快速提高预制工件内部的碳密度含量。
10.本实用新型采用全新的碳碳复合材料加工方式，采用微波快速加热预制工件和裂解天然气，提高了加热过程，减少了能源消耗，在快速提高预制工件碳密度含量的同时，可有效避免预制工件碳密度含量“外密内疏”，为碳碳复合材料的大范围推广应用提供了突破性的生产装备。
11.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
12.进一步，还可以包括密封胶条，密封胶条粘贴在托板和沉积腔体的连接处。
13.采用上述进一步的有益效果是：密封胶条可有效防止沉积腔体内气体流出。
14.进一步，托板的尺寸可以与通过孔尺寸相同，托板随升降机的升降端向上移动伸入通过孔且其边沿与通过孔的孔壁抵接。
15.进一步，沉积腔体可以为陶瓷材料。
16.采用上述进一步的有益效果是：陶瓷材料具有良好的耐高温特性和良好的透波性，不仅可以提高装置的稳定性，还可以起到保温的功能，进而减少能源消耗。
17.进一步，微波发射器可以由多个磁控管组成，多个磁控管的微波发射口伸入预留间隙内且与控制器电性连接。
18.采用上述进一步的有益效果是：磁控管通电发射微波，微波为300mhz 的至300ghz的电磁波。
19.进一步，还可以包括压力表，压力表安装在进气管的出气口上且与控制器电性连接。
20.采用上述进一步的有益效果是：由于进气管的出气口与沉积腔体内连通，压力表可以测量沉积腔体内压力，进而将信号传递至控制器，控制器控制电控单向阀开启或者关闭，进而控制沉积腔体内压力。
21.进一步，还可以包括具有良好透波性能的保温材料，保温材料包裹在沉积腔体的外侧。
22.采用上述进一步的有益效果是：由于保温材料包裹在沉积腔体的外侧，保温材料可以减少沉积腔体内热量流失。
23.进一步，还包括下石墨隔板和上石墨隔板，下石墨隔板放置在托板上部且其上部可放置预制工件；上石墨隔板放置在预制工件上部。
24.采用上述进一步的有益效果是：上石墨隔板和下石墨隔板可以减少预制工件的热量流失，提高碳源沉积效率，减少能源消耗。
25.进一步，还可以包括测温仪和测温管，箱体的一侧开有测温孔一；保温材料对应测温孔一的位置开设有测温孔二；沉积腔体对应测温二开设有测温孔三；测温管水平依次穿过测温孔一、测温孔二和测温孔三且其一端的内壁安装有测温玻璃，另一端与沉积腔体内相通；测温仪的测温头对应测温管的一端的测温玻璃安装在箱体外侧且与控制器电性连接。
26.采用上述进一步的有益效果是：测温仪通过测量测温管一端安装的测温玻璃，进
而检测沉积腔体内温度，由于测温仪与控制器电性连接，控制器可以检测沉积腔体内温度，避免其温度过高，发生安全事故。
27.进一步，测温仪可以为红外线测温仪。
附图说明
28.图1为本实用新型一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉内部结构示意图。
29.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
30.1、箱体，2、增高架，3、托板，4、升降机，5、沉积腔体，6、进气管， 7、单向阀一，8、出气管，9、单向阀二，10、储气罐，11、抽气泵，12、微波发射器，13、控制器，14、下石墨隔板，15、上石墨隔板，16、测温仪， 17、测温管，18、保温材料。
具体实施方式
31.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
32.如图1所示，一种用于制备碳碳复合材料的微波气相沉积炉，包括：箱体1、增高架2、升降机4、用于放置预制工件的托板3、微波透射的沉积腔体5、进气管6、单向阀一7、装有天然气和氮气的储气罐10、出气管8、单向阀二9、抽气泵11、多个微波发射器12及控制器13，
33.箱体1底部固定在增高架2上且其底面开设有通过孔；升降机4对应位于箱体1下方；托板3水平固定在升降机4的升降输出端且可伸入通过孔并关闭通过孔；沉积腔体5下端开口且可拆卸固定在托板3上部并与箱体1之间预留间隙；进气管6一端的出气口依次穿过箱体1和沉积腔体5与沉积腔体5内部连通；另一端的进气口安装有单向阀一7且与储气罐10的出气口连通；出气管8一端的进气口与沉积腔体5内连通，另一端的出气口安装有单向阀二9且穿过托板3与抽气泵11的抽气管连通；多个微波发射器12间隔固定在箱体1的外侧壁上且其微波发射口伸入预留间隙；
34.控制器13分别与升降机4、单向阀一7、单向阀二9、微波发射器12 及抽气泵11电性连接。
35.在一些具体实施例中，还可以包括密封胶条，密封胶条粘贴在托板3和沉积腔体5的连接处。
36.在一些具体实施例中，托板3的尺寸可以与通过孔尺寸相同，托板3随升降机4的升降端向上移动伸入通过孔且其边沿与通过孔的孔壁抵接。
37.在一些具体实施例中，沉积腔体5可以为陶瓷材料。
38.在一些具体实施例中，微波发射器12可以由多个磁控管组成，多个磁控管的微波发射口伸入预留间隙内且与控制器13电性连接。
39.在一些具体实施例中，还可以包括压力表，压力表安装在进气管6的出气口上且与控制器13电性连接。
40.在一些具体实施例中，还可以包括具有良好透波性能的保温材料18，保温材料18包裹在沉积腔体5的外侧。
41.在一些具体实施例中，还可以包括下石墨隔板14和上石墨隔板15，下石墨隔板14
放置在托板3上部且其上部可放置预制工件；上石墨隔板15放置在预制工件上部。
42.在一些具体实施例中，还可以包括测温仪16和测温管17，箱体1的一侧开有测温孔一；保温材料18对应测温孔一的位置开设有测温孔二；沉积腔体5对应测温二开设有测温孔三；测温管17水平依次穿过测温孔一、测温孔二和测温孔三且其一端的内壁安装有测温玻璃，另一端与沉积腔体内相通；测温仪16的测温头对应测温管17的一端的测温玻璃安装在箱体1外侧且与控制器13电性连接。
43.在一些具体实施例中，测温仪16可以为红外线测温仪。
44.以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。