一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，特别是涉及一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置及其使用方法。

背景技术

复合材料性能研究过程由于内部结构复杂且组元相互影响，对内部结构性能演化难以直接研究，单向纤维增强复合材料作为复合材料代表性结构单元，对研究材料机理具有指导性意义。

化学气相沉积法制备是制备陶瓷基复合材料广泛应用的技术，制得的复合材料较之其他工艺性能更加优良，但通常化学气相沉积炉为定制，难以直接采用市售标准管式炉，且管式炉改造不易，需要设计可直接用于市售管式炉的沉积装置。

成品单向纤维束由于卷曲直接置于管式炉中沉积所得复合材料内部纤维卷曲，材料整体力学性能差，且由于管式炉内温度场不一致，若直接将一整根纤维于管式炉内拉伸，所得样品沉积前后不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够在管式炉中制备同一批次均匀性一致的单向纤维增强陶瓷基复合材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置，包括底座，所述底座上方设置有支撑板，所述支撑板左右两端对称设置有圆柱棒，两个所述圆柱棒之间用于缠绕单向纤维束。本发明可以将原本卷曲的单向纤维束无损伤平直的缠绕固定在两侧活动棒上，并可竖直立于市售管式炉中采用化学气相沉积法制备复合材料，制备过程中单向纤维丝束与沉积气流接触充分、均匀，且不影响气流流场，即本发明可以用无需改造的市售管式炉将一卷连续纤维制成大量绝对平直的单向纤维增强陶瓷基复合材料，所得样品之间长度相等且均匀性一致，复合材料内增强纤维平直无卷曲，保证了所得材料的性能。

可选的，所述支撑板为中空长方形框架结构，且其整体为镂空结构，减少工装对沉积流场的影响，保证各单向纤维复合材料沉积均匀，所述支撑板底部一体成型有连接凸板，所述连接凸板与所述底座连接。

可选的，所述底座顶部开设有插接槽，所述连接凸板卡接于所述插接槽内。

可选的，所述圆柱棒一侧开设有凹槽，所述圆柱棒通过所述凹槽插接于所述支撑板两端，支撑板与活动棒、底座通过插接方式连接在一起，方便安装和拆卸。

可选的，所述支撑板和连接凸板厚度相同，所述底座的插接槽和所述圆柱棒的凹槽宽度均大于所述支撑板的厚度。

本发明还提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，将两个圆柱棒与支撑板插接成一体，用砂纸打磨圆柱棒表面，保证圆柱棒表面光滑；

步骤二，将单向纤维束一端在其中一个圆柱棒上打结固定，单向纤维束另一端经支撑板一侧绕过另一个圆柱棒，然后再经支撑板另一侧绕过具有打结的圆柱棒，之后再绕过另一圆柱棒，最终经另一圆柱棒后往复缠绕，直至将装置缠满单向纤维束；

步骤三，将已经缠绕好单向纤维束的支撑板与底座插接，然后放入管式炉中央温度稳定区沉积。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明将卷曲的纤维丝束平直缠绕在工装上，缠绕过程中纤维丝束内部无损伤，制得复合材料内部增强纤维平直无弯曲，且所有纤维丝束在同一温度区沉积，所得材料微观晶型结构一致，保证了同一批次材料性能的优良以及一致性。该沉积辅助装置可适配市售管式炉而无需定制沉积炉，装置结构简单，易加工，成本低，适用性强。可根据需要以及管式炉温度一致的区域长度，加长底座插接不同数量的支撑板，支撑板中间镂空，保证纤维与沉积气流充分接触与沉积流场区域畅通，可一次性制备大量均匀单向纤维陶瓷基复合材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于管式炉的化学气相沉积辅助装置结构示意图；

附图标记说明：1-底座、2-支撑板、3-圆柱棒、4-单向纤维束。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够在管式炉中制备同一批次均匀性一致的单向纤维增强陶瓷基复合材料。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置，如图1所示，包括底座1，底座1长度需足够，从而保证沉积装置在流场中稳定不倾倒，底座1上方设置有支撑板2，支撑板2宽度可根据管式炉内径以及所需复合材料长度而加工成不同的宽度，支撑板2左右两端对称设置有圆柱棒3，两个圆柱棒3之间用于缠绕单向纤维束4，两侧圆柱棒3应打磨成光滑，防止缠绕纤维束时对纤维丝束内单根纤维造成磨损断裂，影响最终成品性能；底座1、支撑板2和圆柱棒3需耐高温易加工，可采用石墨或碳化硅陶瓷材料，所用材料与纤维束材料之间热膨胀系数不应差距过大。本发明具备对纤维友好(低损伤)、对管式炉高适用性(无需改造)、模块化扩展性好(易于并行高效制造)等优势。

支撑板2为中空长方形框架结构，支撑板2底部一体成型有连接凸板，底座1顶部开设有插接槽，连接凸板卡接于插接槽内，底座1插接槽不易过宽，使支撑板2能稳固卡合于底座1之上，同时使支撑板2平面垂直于气流方向。圆柱棒3一侧开设有凹槽，圆柱棒通过凹槽插接于支撑板2两端，支撑板2与圆柱棒3、底座1通过插接方式连接在一起，方便安装和拆卸。底座1长度可根据需要加长，在底座1上可加工出多个插接槽，插接槽之间距离相等并保持相邻支撑板2卡合后，不同支撑板2间纤维不会互相接触。支撑板2和连接凸板厚度相同，底座1的插接槽和圆柱棒3的凹槽宽度均大于支撑板2的厚度，保证支撑板2能卡合在底座1插接槽和圆柱棒3凹槽中。

本发明还提供一种用于管式炉的化学气相沉积辅助装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，将两个圆柱棒3与支撑板2插接成一体，用砂纸打磨圆柱棒3表面，保证圆柱棒3表面光滑；

步骤二，将单向纤维束4一端在其中一个圆柱棒3上打结固定，单向纤维束4另一端经支撑板2一侧绕过另一个圆柱棒3，然后再经支撑板2另一侧绕过具有打结的圆柱棒3，之后再绕过另一圆柱棒3，最终经另一圆柱棒3后往复缠绕，直至将装置缠满单向纤维束4；

步骤三，将已经缠绕好单向纤维束4的支撑板2与底座1插接，然后放入管式炉中央温度稳定区沉积。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。