Технология обработки и применение углеродных рукавов
Углеродные рукава (графитовые рукава/рукава из углеродного волокна) представляют собой трубчатые компоненты из высокопроизводительных материалов на основе углерода, имеющих такие свойства, как высокотемпературное сопротивление, коррозионное сопротивление и высокая тепловая/электрическая проводимость . Они широко используются в таких промышленных промышленности, «Аэрокосмическая и новая энергетика». области .
I . Технология обработки углеродных рукавов
1. Выбор сырья
Графитовые рукава: Сделано из графита высокой чистоты (содержание пепла<0.5%) or isostatic graphite (isotropic).
Рукава углеродного волокна: Использовать PAN на основе PAN или на основе карбонового волокна (e . g ., T300/T700 Grade) .
2. Процессы производства ключей
(1) Обработка графитового рукава
|
Шаг процесса |
Описание |
Ключевые параметры |
|
Сырье подготовка |
Кальцинация нефти/игольчатовой колы → дробление и просеивание (оптимизированное распределение частиц по размерам) |
Соотношение частиц: Coarse/Medium/fine=4: 3: 3 |
|
Формирование |
Экструзия (трубчатые формы) или изостатическое прессование (сложные структуры) |
Давление: 50–100 МПа (изостатическое) |
|
Выпечка |
Медленное отопление до 800–1200 градусов в защитной атмосфере для карбонизации связующего |
Время цикла: 15–30 дней |
|
Графитизация |
Электрическое отопление до 2500–3000 градусов для кристаллического конверсии графита |
Устойчивость: меньше или равно 10 мкм · м |
|
Обработка |
Точность переворачивания/шлифования с ЧПУ (идентификационная толерантность ± 0,05 мм) |
Шероховатость поверхности: RA меньше или равна 1,6 мкм |
(2) обработка рукава углеродного волокна
|
Шаг процесса |
Описание |
Ключевые параметры |
|
PREPREG PREP |
Углеродное волокно, пропитанное эпоксидной/фенольной смолой (содержание смолы: 40–50%) |
Ориентация волокна: 0 градуса /90 градусов или ± 45 градусов. |
|
Формирование трубки |
Обмотка или пультрузия нити (непрерывное усиление волокна) |
ТЕМПЕРЕНЦИЯ ОТДЕЛЕНИЯ: 120–180 градусов (автоклав) |
|
Пост-обработка |
Высокотемпературная карбонизация (1000–1500 градусов) или графитизация (необязательная) |
Плотность: больше или равна 1,6 г/смЧ нетерпением |
Ii . основные приложения углеродных рукавов
1. высокотемпературное промышленное оборудование
Полупроводниковая промышленность:
Thermal field sleeves for monocrystalline silicon growth furnaces (CZ furnaces), withstanding >2000 градус .
Пробирки с газом для эпитаксиального оборудования SIC .
Фотоэлектрическая промышленность:
Изолирующие рукава для печи с полисиликоном, уменьшая тепловые потери .
Аэрокосмос
Ракетные двигатели:
Вкладыши горла сопла (графитовые рукава), устойчивые к абляции и переходным температурам 3000 градусов .
Спутниковые структуры:
Рукава из углеродного волокна для легких опор
3. Новая энергетическая и химическая промышленность
Топливные элементы:
Графитовая биполярная пластинчатая поля поля (проводящая/коррозионная) .
Ядерная промышленность:
Углеродные рукава в высокотемпературных реакторах, охлажденных газообразными, служащие в качестве модераторов нейтронов и структурных компонентов .
4. другие поля
Медицинские устройства:
Рентгеновские машины вращающихся анодных анод
Передовое производство:
Защитные рукава для нагревательных элементов в вакуумных спеканиях .
III . Преимущества и проблемы
1. Преимущества
|
Свойство |
Графитовые рукава |
Рукава углеродного волокна |
|
Теплостойкость |
Меньше или равен 3000 градусов (инертная атмосфера) |
Меньше или равна 2000 градусам (с антиоксидиальным покрытием) |
|
Теплопроводность |
100–150 W/(m·K) |
5–50 Вт/(м · к) (осевой) |
|
Сила |
Прочность на сжатие больше или равна 80 МПа |
Прочность на растяжение больше или равна 2000 МПа |
2. Вызовы
Графитовые рукава: Блазник, склонен к скоплению во время обработки (требует алмазных инструментов) .
Рукава углеродного волокна: Низкая прочность на сдвиг, требующая оптимизированного дизайна укладки волокна .
Iv . будущие тенденции
1,Гибридизация:
Graphite + Carbon Fiber Composite Designs (e . g ., углеродные волокно-армированные графитовые рукава) .
2,Точная обработка:
Лазер/ультразвуковая резка для сложной геометрии .
3,Снижение затрат:
Формол для сжатия с нарезанным углеродным волокном для рукава с более низким содержанием углеродного волокна .
Заключение
Углеродные рукава незаменимы в экстремальных средах из -за их уникальных свойств .Рекомендации по выбору:
Высокие потребности в температуре/проводимости→ Графитовые рукава высокой чистоты
Легкий/высокая прочность→ рукава углеродного волокна
Сложные формы→ Приоритет обмотки накаливания углеродного волокна