[发明专利]一种制备碳陶复合材料的压力反应熔渗装置

说明书

本发明提供了一种制备碳陶复合材料的压力反应熔渗装置，由石墨加热系统、测温系统、分离式模具、样品腔室、液压系统、真空控制系统和循环水冷炉体组成。循环水冷炉体构成密闭的烧结炉内空间，分离式模具、样品腔室、液压系统的压头位于炉内，石墨加热系统与分离式模具连接，压头处于模具闭合后熔融室正上方；分离式模具可在底座的限制下分离，便于取出样品和熔渗金属；试样腔室卡在模具上，以便构成封闭熔渗腔室；循环水冷炉体上设有测温孔，便于测温系统检测温度；真空控制系统与循环水冷炉体连接，以控制烧结炉内的真空度。本发明结构简单，压力来源于液压油缸推动的机械压力，安全性高，且材料利用率高，可实现复合材料的高压熔渗以及近净成型。

技术领域

本发明涉及碳陶复合材料压力浸渗成形技术领域，具体属于一种制备碳陶复合材料的压力反应熔渗装置。

背景技术

碳陶复合材料是一种新型的摩擦制动材料，其具有密度小、强度高、摩擦系数高且稳定、摩擦量小、制动比大、耐高温、使用寿命长、摩擦性能对外界环境介质（霉菌和油污、潮湿等）不敏感等优点，在高速、高能载、苛刻环境制动系统上具有广泛的应用前景；碳陶复合材料虽然性能优异，但在很长一段时间内多应用于航空、军事等一些尖端领域，工业化应用程度不高，究其原因，主要是碳陶复合材料的制备周期长、成本高；例如，碳陶复合材料的主流制备工艺化学气相渗透法(CVI)和先驱体浸渍裂解法（PIP）虽然制备的复合材料性能良好，但其制备周期长达数月，导致制备的碳陶复合材料成本较高。相比之下，反应熔体浸渗法（RMI）是一种碳陶复合材料的高效率、低成本制备方法，一次熔渗即可得到高致密的复合材料，大大缩减了材料制备周期和成本。

RMI工艺是将合金或金属加热到熔融状态，再通过毛细管力使其渗入到多孔碳预制件中，并且与多孔碳预制件中的碳基体发生反应生成所设计的新基体的制备工艺，是一种备受研究者们的广泛关注的碳陶复合材料制备工艺；在现有的RMI工艺中，通常采用无压熔渗和压力熔渗，无压熔渗对金属合金和预制件的种类和性能有限制。压力熔渗包括真空压力熔渗和真空挤压熔渗。真空压力熔渗是目前最为常见的一种工艺，现有的真空压力熔渗方法是在真空环境下将熔渗金属熔融，将预制体置于熔渗金属熔液中，再对容器内施加一定的气压，在气压的作用下将熔渗金属熔液压入预制体的孔隙中。这种方法所达到的压力有限，对于熔渗压力大的预制体来说，熔渗将很难进行；通过高压气体施加的压力不容易控制，难达到所需压力值；在真空容器内部充满了高压气体，熔渗温度不宜过高，且极易产生安全隐患，要保证安全就需增加设备的成本；反应熔渗工艺后，残余熔渗金属与所制备的复合材料粘黏，材料近净成型无法实现；因此，随着工业上对碳陶复合材料需求的增加，对碳陶复合材料制备的设备也提出了更高的要求，急需一种新型的反应熔渗装置来制备碳陶复合材料，以克服现有的反应熔渗装置工作压力小、熔渗温度低、不易控制压力大小、设备成本高、工艺复杂、材料近净成型难以实现的缺点，为推动碳陶复合材料研发和应用提供助力。

发明内容

(一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种基于石墨加热的、机械挤压的、制备碳陶复合材料的压力反应熔渗装置，以克服现有技术中高压反应熔渗装置中工作压力小、不易控制压力大小、设备成本高和熔渗温度低，难以实现材料近净成型的不足。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备碳陶复合材料的压力反应熔渗装置，所述压力反应熔渗装置由液压系统、石墨加热测温系统、分离式模具、样品腔室、循环水冷炉体和真空控制系统组成；

液压系统由液压泵、压头和密封圈组成，压头处于模具闭合后熔融室正上方，压头下有密封圈，防止压进模具时金属熔渗液溢出；

优选地，压头、密封圈所用材料为高强石墨材料。

石墨加热测温系统由加热电源、测温与加热控制一体机、测温仪和石墨导电连接块组成，测温与加热控制一体机控制加热电源和收集测温仪数据，测温与加热控制一体机通过石墨导电连接块与模具连接，对模具通电加热。

所述测温仪为双比色红外测温仪，测温范围为600-3000℃。