高温气体流通器的制作方法
阅读说明：本技术 高温气体流通器的制作方法 (Method for manufacturing high-temperature gas circulator ) 是由 郭建军 刘二良 郭建明 杨艳文 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于碳纤维复合材料技术领域和热处理技术领域,针对现有高温炉内金属材质的风扇会引入杂质,而石墨制作风扇难度大的上述问题,本发明提供一种高温碳碳气体流通器的制作方法：将碳纤维复合板材和棒材,进行真空高温处理；采用机械加工的方式制作叶片、主轴、锁套及螺丝；将两个叶片相互交叉成十字形状,插入主轴的母槽中,将锁套安装到叶片的第一子槽中,并用螺丝将锁套和主轴固定,制作成高温气体流通器；将组装完毕的高温气体流通器通过气相沉积的方法沉积碳；将气相沉积完毕的高温气体流通器再次进行真空高温处理。本发明的气体流通器的制作方法简单,在高温条件下,结构稳定,产品纯净。(The invention belongs to the technical field of carbon fiber composite materials and heat treatment, and provides a manufacturing method of a high-temperature carbon gas circulator, aiming at the problems that impurities can be introduced into a fan made of a metal material in the conventional high-temperature furnace and the fan made of graphite is difficult to manufacture: carrying out vacuum high-temperature treatment on the carbon fiber composite plate and the bar; manufacturing a blade, a main shaft, a lock sleeve and a screw in a machining mode; the two blades are mutually crossed into a cross shape and are inserted into a female groove of a main shaft, a lock sleeve is arranged in a first sub-groove of the blade, and the lock sleeve and the main shaft are fixed by screws to manufacture the high-temperature gas circulator; depositing carbon on the assembled high-temperature gas circulator by a vapor deposition method; and carrying out vacuum high-temperature treatment on the high-temperature gas circulator subjected to the vapor deposition again. The gas circulator of the invention has simple manufacturing method, stable structure and pure product under the high-temperature condition.)
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料技术领域和热处理技术领域，具体涉及一种高温气体流通器的制作方法。
背景技术
现有很多高温行业，如气相沉积，热处理，纯化等，因产品需求越来越高，对炉腔内的所有材料也要求越来越高，炉腔内的气体流动性，与产品质量和生产效率有着很大的关系。申请号为CN201711456443.1的中国发明专利公开了一种用于金属热处理的箱式多用炉，通过将液态碳源雾化后与氮气按一定比例预混，保证了碳氮气氛的均匀性，进气管与风扇集成使得混合气流更加均匀地分布在加热室内，从而防止或减少流体碳源因过于集中的分布而产生的炉内积碳现象。但是，没有解决风扇的材质问题。耐高温金属，会给产品引人杂质，并且价格高；石墨虽然耐高温，但是易碎，难以制作成风扇。
发明内容
针对现有高温炉内金属材质的风扇会引入杂质，而石墨制作风扇难度大的上述问题，本发明提供一种高温气体流通器的制作方法，用碳纤维复合材料，采用互锁结构，制作成流通器，在高温条件下，硬度大，结构温度，产品纯净。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高温气体流通器的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥95％的密度为1.3g/cm3-1.6g/cm3的碳纤维复合板材和棒材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1000-1100℃，再用时6h升温至1550-1650℃，用时7h升温至2150-2250℃，恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得；
(2)将上述步骤处理后的板材和棒材采用机械加工的方式制作叶片、主轴、锁套及螺丝，具体为：
将碳纤维复合平板材料处理成为厚度均匀的板材，将板材加工成条状材料，并在条状材料的中间位置的上下两侧分别开第一子槽和第二子槽，作为叶片；
用碳纤维复合棒材制作主轴、锁套及螺丝；所述主轴的制作方法是将碳纤维复合棒材的一端开设与第二子槽相应的母槽，并在侧面开螺纹孔；所述锁套为圆柱形，其直径与叶片的第一子槽的宽度相适应，底部开十字形槽，侧面开有螺纹孔；
(3)将两个叶片相互交叉成十字形状，插入主轴的母槽中，将锁套安装到叶片的第一子槽中，并用螺丝将锁套和主轴固定，制作成高温气体流通器；
(4)将组装完毕的高温气体流通器通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的高温气体流通器；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至280-320℃，用时6h升温至880-920℃，用时1.5h升温至1000-1050℃，恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体，各气体的气流量为0-30m3每小时，通气保持时间为0-1000 小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得；
(5)将气相沉积完毕的高温气体流通器再次进行真空高温处理，真空高温处理的步骤与步骤(1)真空高温处理的步骤相同。
进一步的，所述步骤(1)真空高温处理的步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1050℃，再用时6h升温至1600℃，用时7h升温至2200℃，2200℃下恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
进一步的，所述步骤(4)中气相沉积的处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至300℃，用时6h升温至900℃，用时1.5h升温至1020℃，1020℃下恒温3小时，然后通入氮气和碳源气体。
进一步的，所述步骤(4)气相沉积的处理步骤：采用的碳源气体为丙烷、丙烯或者天然气中的任一种。
进一步的，所述步骤(4)气相沉积的处理步骤：各气体的气流量为10-20m3每小时，通气保持时间为100-500小时。
本发明具有以下有益效果：
本发明先对碳纤维复合材料，进行2000℃以上真空高温处理，一方面提高产品的纯度，另一方面防止在使用时温度过高发生变形。本发明采用碳碳材料互锁结构组合为气体流通器，结构稳定性好，还能避免使用昂贵的耐高温金属连接件，向碳碳材料中引入杂质。气体流通器组装后进行气相沉积，使碳碳条表面更加致密，防止其他物质进入碳碳材料而影响其使用寿命，另一方面能让相互交叉的碳碳材料更紧密地连在一起，使其结构更加坚固。再次进行 2000℃以上真空高温处理，能够进一步提高产品的纯度。
附图说明
图1为实施例1叶片的结构示意图；
图2为实施例1主轴的结构示意图；
图3为实施例1主轴的俯视图。
以上各图中：1、叶片；11、第一子槽；12、第二子槽；2、主轴；21、母槽；22、螺纹孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种高温气体流通器的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量为95％，密度为1.3g/cm3的碳纤维复合板材和棒材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时 6h升温至1050℃，再用时6h升温至1600℃，用时7h升温至2200℃，2200℃下恒温7小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述步骤处理后的板材和棒材采用机械加工的方式制作叶片、主轴、锁套及螺丝，具体为：
将碳纤维复合平板材料处理成为厚度均匀的板材，将板材加工成条状材料，并在条状材料的中间位置的上下两侧分别开第一子槽11和第二子槽12，作为叶片1，如图1所示；
用碳纤维复合棒材制作主轴2、锁套及螺丝；所述主轴2的制作方法是将碳纤维复合棒材的一端开设与第二子槽相应的母槽21，并在侧面开螺纹孔22，另一端与电机的输出轴配合，如图2-3所示；
锁套的结构为圆柱形，其直径与叶片的第一子槽的宽度相适应，中间开十字形槽，侧面开有螺纹孔；
(3)将两个叶片相互交叉成十字形状，插入主轴的母槽中，将锁套安装到叶片的第一子槽中，主轴上的螺纹孔和锁套上的螺纹孔位置对应，用螺丝将锁套和主轴固定，叶片被紧紧地固定在主轴和锁套之间，制作成高温气体流通器；
(4)将组装完毕的气体流通器通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的高温气体流通器；气相沉积的处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时2h升温至300℃，用时6h升温至900℃，用时1.5h升温至1020℃，1020℃下恒温3小时，然后通入氮气和丙烷；各气体的气流量为10m3每小时，通气保持时间为400小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(5)将气相沉积完毕的气体流通器再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1) 真空高温处理的步骤相同。
实施例2
一种高温气体流通器的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥98％，密度为1.6g/cm3的碳纤维复合板材和棒材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时6h升温至1000℃，再用时6h升温至1550℃，用时7h升温至2150℃，2150℃下恒温3小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述步骤处理后的板材和棒材采用机械加工的方式制作叶片、主轴、锁套及螺丝，具体为：
将碳纤维复合平板材料处理成为厚度均匀的板材，将板材加工成条状材料，并在条状材料的中间位置的上下两侧分别开第一子槽和第二子槽，作为叶片；
用碳纤维复合棒材制作主轴、锁套及螺丝；所述主轴的制作方法是将碳纤维复合棒材的一端开设与第二子槽相应的母槽，并在侧面开螺纹孔，另一端与电机的输出轴配合；
锁套为圆柱形，其直径与叶片的第一子槽的宽度相适应，中间开十字形槽，侧面开有螺纹孔；
(3)将两个叶片相互交叉成十字形状，插入主轴的母槽中，将锁套安装到叶片的第一子槽中，主轴上的螺纹孔和锁套上的螺纹孔位置对应，用螺丝将锁套和主轴固定，叶片被紧紧地固定在主轴和锁套之间，制作成高温气体流通器，其结构参考实施例1；
(4)将组装完毕的气体流通器通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的高温气体流通器；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时 2h升温至280℃，用时6h升温至880℃，用时1.5h升温至1000℃，恒温3小时，然后通入氮气和丙烯，各气体的气流量为20m3每小时，通气保持时间为600小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(5)将气相沉积完毕的气体流通器再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1) 真空高温处理的步骤相同。
实施例3
一种高温气体流通器的制作方法，包括如下步骤：
(1)将碳含量≥98％，密度为1.8g/cm3的碳纤维复合板材和棒材，进行真空高温处理，形成碳纯度高，不易变形的材料；高温处理步骤为：真空至10Pa以下，设定升温曲线，用时 6h升温至1100℃，再用时6h升温至1650℃，用时7h升温至2250℃，2250℃下恒温10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(2)将上述步骤处理后的板材和棒材采用机械加工的方式制作叶片、主轴、锁套及螺丝，具体为：
将碳纤维复合平板材料处理成为厚度均匀的板材，将板材加工成条状材料，并在条状材料的中间位置的上下两侧分别开第一子槽和第二子槽，作为叶片；
用碳纤维复合棒材制作主轴、锁套及螺丝；所述主轴的制作方法是将碳纤维复合棒材的一端开设与第二子槽相应的母槽，并在侧面开螺纹孔，另一端与电机的输出轴配合；
锁套为圆柱形，其直径与叶片的第一子槽的宽度相适应，中间开十字形槽，侧面开有螺纹孔；
(3)将两个叶片相互交叉成十字形状，插入主轴的母槽中，将锁套安装到叶片的第一子槽中，主轴上的螺纹孔和锁套上的螺纹孔位置对应，用螺丝将锁套和主轴固定，叶片被紧紧地固定在主轴和锁套之间，制作成高温气体流通器，其结构参考实施例1；
(4)将组装完毕的气体流通器通过气相沉积的方法沉积碳，形成致密、轻量、耐高温、高强度的高温气体流通器；气相沉积处理步骤：真空度在100Pa以下，设定升温曲线，用时 2h升温至320℃，用时6h升温至920℃，用时1.5h升温至1050℃，恒温3小时，然后通入氮气和天然气，各气体的气流量为30m3每小时，通气保持时间为900小时，通气结束后断电降温，自动降温至60℃以下，将其取出即得。
(5)将气相沉积完毕的气体流通器再次进行真空高温处理，真空高温处理与步骤(1) 真空高温处理的步骤相同。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。