[发明专利]一种陶瓷纤维单丝的退火装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷纤维单丝的退火装置，尤其是一种用于陶瓷纤维单丝的高温环境气 氛退火处理装置。

背景技术

陶瓷纤维是由天然或人造无机物采用不同工艺制备得到的纤维状物质，也可由有机纤维 通过高温裂解转化而成。陶瓷纤维具有优异的力学性能、抗氧化和高温稳定性等优点。连续 碳化硅(SiC)陶瓷纤维是陶瓷纤维制品的一种，属于军民两用材料，尤其在航空航天和先进 武器装备中具有特殊地位，它具有强度和硬度高、耐高温、抗氧化、热膨胀系数低、密度低 以及与陶瓷基体相容性好等优点，因此是高温陶瓷基复合材料的最佳增强纤维。

连续SiC纤维增韧补强陶瓷基复合材料的应用目标大都是在含有氧、水分及腐蚀性介质 的高温环境中使用，因此要求其在高温服役环境下具有优良的热物理化学与力学性能的稳定 性。材料的高温环境力学性能引起了广泛的关注，是目前陶瓷基复合材料研究的热点之一。 作为增强体的SiC纤维在正常使用条件下虽然不会直接接触到环境介质，但是实际上在制备 复合材料过程中不可避免地在复合材料中留下微孔隙，使得部分纤维得以接触到高温介质。 介质中含有的氧、水分和其它腐蚀介质，在高温和应力的催化作用下，可对SiC纤维造成损 伤，从而影响高温力学性能。这些性能显然与纤维的组成、微结构有关。因此，连续SiC纤 维的高温环境力学性能演变及其微观机制的研究对于独立发展我国SiC纤维，指导连续纤维 的组分和微结构设计具有重大意义。

目前国内外尚未见到连续SiC陶瓷纤维单丝在模拟航空发动机服役环境中的力学性能和 微结构演变的相关研究报道。航空发动机热端部件环境介质是水氧耦合环境，与纯氧环境不 同，纯氧环境不能替代水氧耦合环境，研究水氧耦合环境下纤维性能演变，掌握其在航空发 动机服役环境中的失效机理具有现实意义。

研究SiC陶瓷纤维单丝在高温水氧耦合环境下纤维性能演变的一个关键技术问题，就是 SiC纤维在高温模拟环境气氛中的退火处理，由于要保证高温气氛炉炉膛均温区，炉膛半径 一般情况下要尽量小，而且SiC陶瓷纤维直径只有10μm左右，在炉膛内进行热处理时，高 温下极易与水氧气发生反应，表面生成氧化硅，纤维之间由于生成氧化硅易粘结从而发生并 丝现象，因此不能整束纤维一起热处理，而必须一根根分开同时热处理，让每根纤维处于同 等实验条件，才能达到真实模拟效果。但目前使用的高温气氛炉样品处理方法，如微型石墨 方舟、W形石墨纸和氧化铝方舟等作为载样台直接放入炉中，均未能有效地对陶瓷纤维进行 载样，测试结果受人为操作因素影响很大，且位置重现度和准确度较差，无法达到真实的模 拟效果。

国内马玉平(中国专利CN2105031U)设计了一种测试材料传送样品的装置。它包括进 样定位器和进样器两部分，进样定位器由伸缩臂、支撑块、支撑杆和底座组成，伸缩臂通过 销轴连接支撑杆，并沿滑槽水平移动，在伸缩臂上安有定位块，伸缩臂沿支撑杆的轴向转动， 并在仰角的极限位置安有定位止挡块，进样器上有一通孔和凸台，套安在伸缩臂上。但是该 装置只适合承载和传送大样品试样，且无法定量伸缩臂移动的位移值。

国家地质实验测试中心詹秀春等(中国专利CN2748909Y)设计了一种X射线荧光分析 用电热熔样炉的陶瓷载样盘，陶瓷载样盘的整体为一圆盘，圆盘的中心设置有轴孔，轴孔与 电热熔样炉的转动轴连接；圆盘的四周设有多个沿轴向的透孔。另外陶瓷载样盘由高温陶瓷 材料制成的，解决合金制坩埚架的结构复杂问题和在高温下的氧化问题。可直接承载铂-黄合 金坩埚，在高温下不与坩埚作用；同时，载样盘耐热性能好，结构简单，不会在高温下被氧 化、损坏。成都科林分析技术有限公司何启发(中国专利CN2682416Y)发明了一种全自动 顶空进样器，包括机架、垂直装于机架底座上的分别受气缸带动的样品盘转轴和一端伸入装 在机架上的加热恒温炉中的样品腔转轴，恒温炉中有装在样品腔转轴上的样品腔，样品腔周 边均匀分布有多个样品位，样品盘转轴上有周边均匀分布多个样品位的样品盘，恒温炉低部 相对样品盘的垂直位置有样品瓶出、入口，位于样品瓶出、入口的轴心位置且位于样品盘底 部相对于样品位处有垂直装于底座上的由气缸驱动的举杠，位于恒温炉的上方有垂直向下的 受电磁阀控制的气缸驱动的双流路针，分别与双流路针、有恒温加热器的传输线连接的切换 阀处装有恒温加热器，能准确控制样品的提取量，工作效率高。但同样只适合承载和传送大 样品试样，而无法承载和传送细小的陶瓷纤维单丝。