[发明专利]一种高强度碳/碳紧固件的制备方法

说明书

本申请涉及高温热场环境用紧固件的技术领域，具体公开了一种高强度碳/碳紧固件的制备方法，碳/碳紧固件的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将短切预浸料、酚醛树脂粉、乌洛托品、碳黑粉混合均匀，得到短切预浸树脂料；步骤二，在热压模具内逐层交替铺设短切预浸树脂料和碳纤维棒，每一层碳纤维棒铺设至少两根，且同一层的碳纤维棒互相平行，相邻两层碳纤维棒的夹角为20‑60°，且任意两层的碳纤维棒的轴线交叉设置，铺设完毕后，对热压模具进行升温加压固化，得到树脂基原坯；步骤三，对树脂基原坯先后进行碳化处理和石墨化处理；机械加工，得到高强度碳/碳紧固件。本申请能够提高碳/碳紧固件的强度，且降低其在加工和使用时丝牙损坏的概率。

技术领域

本发明涉及高温热场环境用紧固件的技术领域，尤其是涉及一种高强度碳/碳紧固件的制备方法。

背景技术

高温工业炉在单晶硅、多晶硅、粉末冶金、高温纯化等传统的工业设备领域中一直发挥着举足轻重的作用。高温工业炉中的大部分结构及配合件均需要紧固件的连接。紧固件材质是高温结构材料的技术热点，反应一个时期高温石墨设备的先进性。在超高温条件下，一般金属材质的紧固件寿命太短，无法满足使用需求；石墨材质紧固件在该领域中也得到了一定的应用，但由于强度低、热膨胀系数大、易脆断等缺陷也无法长时间使用。目前，因为碳/碳复合材料具有可设计性强、耐高温性能好、密度低和热膨胀系数低等优点，在高温炉热场领域得到了广泛的应用。

相关技术中公开了一种碳/碳紧固件的制备工艺，包括以下步骤：采用碳纤维编制形成预制体，将预制体进行烘烤，去除碳纤维表面的上浆剂，使预制体具有一定的硬度，再进行化学气相沉积，取出后进行表面加工处理，再进行化学气相沉积或采用树脂浸渍，浸渍后在2000℃下进行石墨化处理，再加工成紧固件。

针对上述相关技术，发明人认为碳/碳复合材料紧固件在应用中拆卸频次非常高，而相关技术制备的紧固件丝牙处密度小，强度低，且在加工螺纹和现场使用时，容易导致紧固件出现丝牙损坏的现象。

发明内容

为了提高碳/碳紧固件的强度且降低碳/碳紧固件在加工和使用时丝牙损坏的概率，本申请提供一种高强度碳/碳紧固件的制备方法。

本申请提供的一种高强度碳/碳紧固件的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高强度碳/碳紧固件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将短切预浸料、酚醛树脂粉、乌洛托品、碳黑粉混合均匀，得到短切预浸树脂料；

步骤二，在热压模具内逐层交替铺设短切预浸树脂料和碳纤维棒，每一层碳纤维棒铺设至少两根，且同一层的碳纤维棒互相平行，相邻两层碳纤维棒的夹角为20-60°，且任意两层的碳纤维棒的轴线交叉设置，铺设完毕后，对热压模具进行升温加压，使其中的短切预浸树脂料固化，得到树脂基原坯；

步骤三，对树脂基原坯先后进行碳化处理和石墨化处理，最后经机械加工，得到高强度碳/碳紧固件。

通过采用上述技术方案，首先，本申请通过铺设多层碳纤维棒，且控制任意两层碳纤维棒交叉设置，一方面，碳纤维棒起到增强碳/碳紧固件结构强度的作用，另一方面，碳纤维棒能够提高紧固件丝牙处的密度，交叉设置碳纤维棒，能够使更多的丝牙被加强，大大提高了紧固件丝牙处的结构强度，降低碳/碳紧固件在加工和使用时丝牙损坏的概率；其次，本申请通过采用模压工艺，一方面，能够快速提高树脂基原坯的密度，另一方面，能够较为精确的控制碳纤维棒的位置和角度，保证碳纤维棒对碳/碳紧固件的增强作用；最后，短切预浸料在碳/碳紧固件内部呈三维乱向分布，与碳纤维棒配合，起到进一步增强结构强度的作用。

可选的，所述步骤二中逐层交替铺设短切预浸树脂料和碳纤维棒具体包括：在热压模具内先铺设短切预浸树脂料，每一层短切预浸树脂料铺设完毕后，抹平，再放入碳纤维棒，对碳纤维棒进行按压，使碳纤维棒的底部嵌入下层的短切预浸树脂料，碳纤维棒的顶部嵌入上层的短切预浸树脂料。