[发明专利]在SiC纤维表面实现双组分涂层的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及对SiC纤维进行深加工的技术。具体的说是在SiC纤维表面实现双组分涂层的方法及装置 

背景技术

SiC纤维以其特有的高比强度和高弹性摸量成为高强度复合材料的首选，得到广泛应用。特别是在航空、航天领域，尤其是军事工业中占据特殊的地位。但其本身的价格过于昂贵，只能作为复合材料的骨架使用。为了改善它与复合基材，例如钛，的结合强度必须在SiC纤维表面涂有铁的过度层。为了改善它对高频电磁波的吸收性能，在它的表面就要涂布碳涂层。如果既要求SiC纤维与钛合金有良好的复合，又要有对雷达波的吸收性能，那么用单一涂层就完成不了了，需要双组分涂层，即内表面涂铁，外表面涂碳。根据用户不同的需要，内外涂层具有不同的材质要求。目前所具有得技术手段仅仅是借助SiC纤维现有的生产工艺和装置进行再加工、成本高、效率低。实现在SiC纤维表面双组分涂层的方法及装置已成为急待解决的课题。 

发明内容

本发明的目的在于设计一个在SiC纤维表面实现双组分涂层的方法及装置，它借助于本发明人所发明的射频聚焦式加热装置对运动中的钨丝进行加热，并利用了气相沉积法生成SiC纤维的工艺过程，使得在SiC纤维生产制作完成的同时在SiC纤维表面实现双组分涂层的制造。 

碳化硅具有良好的高温适应性和理想的强度和硬度，但普通的方法很难实现SiC纤维的制作。本发明人所发明的射频聚焦式加热装置(专利号ZL91109267.6)在及其配套使用的加工工艺是制作SiC纤维及形成涂层层最为理想技术手段。但至今为止没有找到实现与本发明目的相配套的工艺的方法和专用装置，现在已成为本领域科技人 员所热衷的研究题目。 

本发明提供了一种制作SiC纤维的伺时在SiC纤维表面实现双组分涂层的方法，该方法是借助射频聚焦式加热装置对运动中的钨丝进行加热，并利用了气相沉积法生成SiC纤维的工艺过程，其关键设计是： 

(1)将射频聚焦式加热装置中的石英管热反应器结构进行改造，使得其加热反应区具有三个被氩气气密堵中充入的氩气分别密封隔离的独立气相沉积区， 

(2)借助于送、收丝机构的牵引和聚焦射频电场加热的钨丝依次通过三个气相沉积区， 

(3)I区为SiC纤维层形成区，通过向石英管反应器I区内沿钨丝运动的方向导入氯硅烷加高纯氢气的混合气，形成一个氯硅烷加高纯氢气的反应气氛，借助氯硅烷裂解并生成氯化氢的同时实现SiC沉积在钨丝表面形成SiC纤维层， 

(4)II区为内涂层区，被持续加热的钨芯SiC纤维进入石英管反应器II区，沿着复合纤维运动的方向导入含有内涂层组分的气态原料与气体催化剂或还原剂的混合气，借助裂解或还原反应生成设计内涂层组分沉积在SiC纤维层的表面， 

(5)III区为外涂层区，被持续加热的带有内涂层的钨芯SiC纤维进入石英管反应器III区，沿着复合纤维运动的逆方向导入含有外涂层组分的气态原料与气体催化剂或还原剂的混合气，借助裂解或还原反应生成所设计的外涂层组分沉积在SiC纤维层内涂层表层。 

以上的设计思想十分清楚，就是充分利用高频加热和气相沉积生成SiC纤维时的反应环境，分段控制反应气氛，则可以在制作SiC纤维层的同时完成复杂的SiC纤维表面双组分涂层的沉积。显然，问题的另一个关键是如何改造现有的装置，使其适应以上的方法。 

本发明同时设计了一种在SiC纤维表面实现双组分涂层的射频聚焦式加热装置，该装置包括高频发生器，射频匹配器，射频电缆，射频耦合腔，石英管反应器，纤维 收放丝机构。钨丝穿过的位于对称设置的射频耦合腔中的石英管反应器为细长管状，两端收口成细孔长颈状，在进、出丝口管颈内侧分别设有单向密封的氩气密封堵和氩气充气口，在石英管反应器的进、出丝口端单向密封的氩气密封堵内侧设有参加气相沉积反应的混合气体加入口，在石英管反应器中部设有反应后气体排气口，关键的改进是在石英管反应器的射频加热区中段设置有双向密封的氩气密封堵和与该密封堵连通氩气充、排气口。在所设置的双向密封的氩气密封堵处靠前位置是反应后气体排除口。在所设置的双向密封的氩气密封堵处靠后位置设置有参加内涂层气相沉积反应的混合气体加入口，在该混合气体加入口与原后端口处的反应的混合气体加入口之间增设一个反应后气体排除口，三个反应混合气体加入口依次分别与生成SiC纤维层、内涂层、外涂层的反应混合气体注入管路连接。