[发明专利]一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管、回转炉及碳陶炉管的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管、回转炉及碳陶炉管的制备方法。碳陶炉管的制备方法为：以多层碳纤维无纬布和碳纤维网胎交替叠加，针刺复合形成管状结构，管状结构经过热固化处理及化学气相沉积后，得到炉管坯体；将坯体进行机加工，得到精加工炉管坯体；将精加工炉管坯体进行熔融渗硅处理和碳化硅化处理，即得碳陶炉管。该碳陶炉管具有密度低、耐磨损、强度高、抗氧化、无热衰退等优点，特别是不会与氢气及碳氢有机气体发生反应而产生氢脆腐蚀破裂，能够避免硅基负极材料加工过程中引入金属杂质，可广泛应用于CVD碳气相沉积、包覆，氨分解氢等各种工艺的高温炉管。

技术领域

本发明涉及一种回转炉炉管及其制备方法，具体涉及一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管及制备方法，还涉及一种包含碳陶炉管的用于CVD碳气相沉积的回转炉，属于CVD碳气相沉积技术领域。

背景技术

随着电动汽车、储能电站及便携式电子设备等的快速发展，高比能锂离子电池受到越来越多的关注。

然而，目前石墨负极依旧牢牢占据着统治地位，其理论比容量372mAh/g已经无法满足高比能电池负极材料的要求，严重制约了锂电池能量密度的提高。

多年来世界各地的科学家试图开发出能够替代石墨的负极材料，如硅基负极材料，锡基材料以及钛酸锂材料。而硅或硅氧负极材料是目前唯一实现商业化应用的新型高容量负极材料。

目前，主流的商业化的氧化亚硅复合负极材料一般都进行了碳包覆，这一方面改善材料的导电性，减少硅嵌锂后的体积膨胀，同时也避免氧化亚硅材料直接和电解液接触，提高材料的循环性能。

CVD碳气相包覆硅或硅氧锂电负极材料一般采用回转炉来实现，一般工作温度在1000℃左右，回转炉炉管外壁裸露在空气中，极易造成高温氧化。且目前回转炉炉管尺寸直径大于300毫米，长度超过4000毫米，回转时炉管须承受一定的冲击与较大的扭矩，一般石英及常规陶瓷材料无法满足工况使用要求，现阶段回转炉炉管普遍采用耐热不锈钢材料。而锈钢材料存在氢脆易损的技术问题，如(“物理测试”，第2期，1994年)报道了奥氏体不锈钢具有严重的氢脆倾向， (“全面腐蚀控制”，第29卷第08期，2015年08月)同样表明氢在马氏体中扩散系数又比在奥氏体中的扩散系数高两个数量级，氢扩散很快，马氏体不锈钢的脆性大于奥氏体不锈钢，造成氢致应力腐蚀破裂，特别是对于硅基负极材料加工要求金属杂质含量极低，不锈钢容易引入硅负极材料金属杂质。

综上所述，如何解决CVD碳气相沉积回转炉炉管抗氧化性差，容易引起氢脆，且容易引入金属杂质等缺陷，使其满足硅或硅基负极碳包覆工艺，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中用于CVD碳气相沉积的回转炉炉管存在的技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管，该碳陶炉管具有密度低、耐磨损、强度高、抗氧化、无热衰退等优点，特别是不会与氢气及碳氢有机气体发生反应而产生氢脆腐蚀破裂，能够避免硅基负极材料加工过程中引入金属杂质，可广泛应用于CVD碳气相沉积、包覆，氨分解氢等各种高温炉管。

本发明的第二个目的在于提供一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管的制备方法，该方法步骤简单，成本低，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种用于CVD碳气相沉积的回转炉，其使用了由碳陶材料构成的炉管，能够满足硅或硅基负极碳包覆工艺要求，解决了现有不锈钢材料炉管存在的抗氧化性差，容易引起氢脆，且容易引入金属杂质等技术问题。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种用于CVD碳气相沉积的回转炉碳陶炉管的制备方法，其包括以下步骤：

1)以多层碳纤维无纬布和碳纤维网胎交替叠加，针刺复合形成管状结构，所述管状结构经过热固化处理，得到碳纤维预制体；

2)将碳纤维预制体进行化学气相沉积后，得到炉管坯体；