[发明专利]高温炉用炭/炭板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温炉用炭/炭板材的制备方法，属于高温炉用热场材料技术领域。

背景技术

高温炉作为粉末冶金等传统工业领域、新材料新能源领域及国防工业中不可或缺的设备，得到了广泛的应用。高温炉中热场材料部分多采用石墨作为功能、结构件，但传统的石墨材料具有强度低、热膨胀系数较大、使用寿命较低、尺寸有限等原因，而使用受到了一定的限制。随着科技的进步，致使高温炉等专用设备对材料的要求也随之增高，大尺寸(幅宽＞1m)、寿命长、灰分低、力学性能优异的炭/炭复合材料正在逐步替代传统的石墨材料。

目前，国内的高温炉，尤其是专用设备，采用的大尺寸炭/炭板材基本依赖进口，货源供应难以保证，急需一种工艺简单、低成本的炭/炭板材。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、低成本的高温炉用炭/炭板材的制备方法。该方法由于采用炭布叠层压制工艺，制得的炭/炭板材具备一系列的优势，如平面内的抗拉强度较高，尺寸基本不受限制，具有优越的性价比优势。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高温炉用炭/炭板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)炭布经浸胶机浸渍树脂后或手工刷胶后，在平板模具上逐层铺制，经压机压制固化，制成炭/树脂板；

(2)将炭/树脂板材置于炭化炉中进行N₂保护下的炭化处理，将树脂基体转化成树脂炭，使树脂板转变成炭/炭制品；

(3)将炭化完的炭/炭制品在高温热处理炉经过高温热处理；

(4)高温热处理后的炭/炭制品按相应图纸机械加工后，制成高温炉用炭/炭板材。

上述步骤(1)中所述炭布采用粘胶丝基、沥青基或聚丙烯腈基炭纤维编织而成，炭布类型分为平纹、斜纹或缎纹，丝束为3K～24K，采用树脂为耐高温酚醛树脂，胶含量控制在30～60％，压制压力0.5～3MPa，固化温度为150～220℃，压制固化后炭/树脂板密度≥1.41g/cm³，其中K代表丝束千根数。

上述步骤(2)中所述炭化温度为600～1000℃，炭化后炭/炭制品密度≥1.35g/cm³。

上述步骤(3)中所述高温热处理的温度为1600～2500℃，热处理后炭/炭制品密度≥1.25g/cm³。

上述步骤(4)中机械加工后即制得的高温炉用炭/炭板材的尺寸为：长≤1.7m，宽≤1.7m，厚为1～10mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)采用浸胶机浸渍树脂或手工刷胶，压制固化成型后进行炭化和高温热处理，降低了生产成本，缩短了生产周期，可在1～2月内提供批量产品；

(2)根据高温炉的技术条件，采用1600～2500℃范围内合适的温度热处理，可得到满足不同技术条件的系列化产品；

(3)本发明制备的产品的尺寸大、范围广，如下：长≤1.7m×宽≤1.7m×厚1～10mm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

(1)3K粘胶丝基平纹炭布经浸胶机浸渍树脂，胶含量为30wt％左右；

(2)在平板模具上逐层铺制，压机压制固化，压力0.5MPa，固化温度为150℃左右，制成密度1.42g/cm³的炭/树脂板；

(3)将炭/树脂板材置于炭化炉中进行N₂保护下的炭化处理，其温度为600℃，将树脂基体转化成树脂炭，使树脂板转变成炭/炭制品，密度为1.36g/cm³；

(4)将炭化完的炭/炭制品在高温热处理炉置于热处理炉中，其温度为1600℃，保温2小时，测试制品的性能如下：密度为1.27g/cm³，弯曲强度为92MPa，层间剪切强度为7.1MPa，总灰分为3100ppm；

(5)高温热处理后的炭/炭制品经机械加工后，产品的尺寸为1.0m×1.0m×1.0mm。

实施例2

(1)12K沥青基斜纹炭布经浸胶机浸渍树脂，胶含量为45wt％左右；

(2)在平板模具上逐层铺制，压机压制固化，压力1.5MPa，固化温度为180℃左右，制成密度1.47g/cm³的炭/树脂板；