专利名称：一种紧固件及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温炉或腐蚀性环境用零件，具体地说是一种紧 固件及其生产工艺。
背景技术：
目前，高温冶金炉的加热器一般由发热体、连接块和紧固件等组 成，其材料由石墨制成，使用时存在着因石墨螺钉力学性能差，经常 断裂而失效，导致加热器散架，造成停产或事故，严重影响正常生产， 有的使用寿命仅十来天；多晶炉的坩埚托，由石墨板和石墨螺钉所组 成，石墨螺钉经常因受到热应力作用而断裂，有的使用寿命仅几天， 使生产成本增加。此外，石墨制品掉灰，手拿时会粘黑手；使用时， 会对周围环境、零件、原材料及成品等造成污染，影响产品的纯度和 质量。高温冶金炉中使用的钼质螺钉，在高温环境中使用一段时间之 后，往往出现烧结现象，螺杆和螺孔粘结成一体，难于拆卸，给炉子 维修工作带来不便，使炉子维修成本增加。炭/炭复合材料是一种将 炭纤维制成的网胎与网胎、或炭布与炭布、或网胎与炭布复合，再经 过增密、炭化和石墨化处理而成的炭/炭复合材料，具有高比强度、 高比模量、耐高温、耐烧蚀、热膨胀系数小、耐急冷急热而不变形不 开裂等优良性能，特别适应于高温领域，现已成为或将逐步成为航空 航天、冶金、新能源等领域的重要基础材料之一，用于制造紧固件， 是石墨紧固件和钼质紧固件的理想替代品。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用炭/炭复合材料加工制成的紧固件 及其生产工艺，其紧固件包括螺钉、螺栓、螺柱、螺帽和垫片，用于 高温炉或腐蚀性环境中，替代石墨紧固件或钼质紧固件。 ，本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的， 一种紧固件，它 由炭/炭复合材料加工制成。一种紧固件，它由炭纤维经制坯一增密一增塑改性一机加工一净 化制成。本发明所述的紧固件它包括螺钉、螺栓、螺柱、螺母、垫片。 本发明所述一种紧固件的生产工艺，它包括以下步骤.-(1) 制坯将由炭纤维制成的网胎与网胎、或炭布与炭布、或网胎 与炭布交迭放置至要求厚度，通过针刺或穿剌使之复合，制成所需要 求的炭/炭复合材料坯体；(2) 增密将步骤(l)所得的坯体经化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍增密，制成所需要求的炭/炭复合材料；(3) 增塑改性将步骤(2)所得炭/炭复合材料浸渍于树脂胶液中；(4) 机加工将步骤(3)所得的炭/炭复合材料，机加工成所需形状和尺寸的紧固件；(5) 净化将步骤(4)所得的紧固件放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质。作为本发明的一种改进，是在步骤(5)后进行步骤(6)清洗即将紧固件冲洗干净，使其表面清洁无灰尘及任何玷污，然后烘烤干燥；在 步骤(6)后进行步骤(7)表面处理，即将紧固件置于CVD炉中，进行化学气相沉积；紧固件在化学气相沉积炉中，于800。C 110(TC温度下， 在丙烯和/或天然气气氛中，对其进行表面处理。本发明在步骤(l)中，所述网胎的面密度为30g/m2 130g/m2;针 刺深度为15腿 30mm;针刺密度为3次/cm 2 10次/cm 2;炭布密度 为120 g/m2 300g/m2，层密度为7层/cm 30层/cm。本发明在步骤(2)中，坯体增密后密度为1. 1 g/ m3 1.8g/ m3。 本发明在步骤(3)中，浸渍时间为10分钟 90分钟。 由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的。由于炭 纤维复合材料内部具有准三维的结构，加工制成的紧固件，具有优异 的高比强度、热膨胀系数小及耐急冷急热而不变形不开裂的性能，其 抗弯强度是石墨的十倍左右，使之不容易在外力的作用下或急冷急热 的工作环境中破裂，其使用寿命大幅提高，经试用寿命可达1年以上； 又由于其具有石墨的润滑性能，使用时装卸方便；经过表面处理后， 其表面清洁不掉灰，不会对周围环境、零件、原材料及成品等造成污 染。
图1是本发明螺柱3、螺母4的结构示意图； 图2是本发明螺栓2、螺母4的结构示意图； 图3是本发明螺钉1的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。 实施例1:附图1中螺柱3可制成等径的，即各段直径大小基本一致，也可制成不等径的，其两头带有螺纹，与螺母4配合使用，使用时靠两头 的螺母4或加夹板将被连接件夹紧。螺母4可制成圆形、方形、六角 形及曲边形(本实施例为六角形)。其生产工艺包括以下步骤(1) 制坯开松成网选取6 70mm长的短炭纤维，经开松设备开松成蓬松 的单根状纤维，然后把开松好的炭纤维经气流成网和/或梳理成网， 再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎。所述网胎的面密度为30 g/ nf 130g/m2 (本实施例为100g/m2);炭布由炭纤维束编织而成，炭 布密度为120 g/m2 300g/m2 (本实施例为230g/m2)。叠层复合把所得的网胎平铺在工作台上，然后在其上面铺层炭 布，再在炭布上面铺层网胎，通过针刺使之复合，针刺深度为15mm 30mm (本实施例为23mm);针刺密度3次/cm 2 10次/cm 2 (本实施例 为9次)；层密度为7层/cm 30层/cm (本实施例为12层/cm)，如 此重复制成所需要求的炭/炭复合材料坯体。或将网胎和炭布交迭放 置至要求厚度，通过穿刺制成所需要求的炭/炭复合材料坯体。也可采用网胎与网胎、或炭布与炭布通过针剌或穿刺制成所需要 求的炭/炭复合材料坯体。(2) 增密将步骤(l)所得的坯体增密成炭/炭复合材料。增密工艺 包括但不限于化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍，使其密度逐步 增加并经炭化(如需要)和石墨化处理，将预制件加工成密度为1. 1 g/m3 1.8g/ m3 (本实施例为1.5g/ m3)的炭/炭复合材料；(3) 增塑改性将步骤(2)所得炭/炭复合材料浸渍于树脂胶液中(本 实施例为环氧树脂胶液)，浸渍时间为10分钟 90分钟(本实施例为35分钟)；增强其塑性，改善其加工性能，消除机加工过程中的崩 丝现象。本发明还可以采用醇酸树脂、丙烯酸树脂等。(4) 机加工将步骤(3)所得增塑改性的炭/炭复合材料，机加工成 所需要的螺柱3及螺母4。(5) 净化将步骤(4)所得的紧固件放入高温炉中，在真空条件下加 热至800°C—1600°C (本实施例为1200°C)，保温60分钟一360分钟(本实施例为200分钟)去除其中杂质。为使其表面清洁无灰尘及任何玷污，增加步骤(6)清洗即将螺柱 3及螺母4冲洗干净，然后烘烤干燥。为使螺柱3及螺母4表面清洁不掉灰，使用时，不会玷污周边环 境；手拿时也不会粘黑手。增加步骤(7)表面处理即将螺柱3及螺母 4置于CVD炉中，进行化学气相沉积。即在80(TC 110(TC (本实施 例为900°C)温度下，于丙烯和/或天然气气氛中(本实施例为丙烯)， 对其进行表面处理。根据使用要求，也可将经过步骤(5)后的螺柱3及螺母4直接投入 使用，而不经过步骤(6)和步骤(7)。实施例2:附图2中螺栓2 —头带螺纹，通常与螺母4配合使用将被连接件 夹紧；也可不用螺母4，将其螺纹部分直接拧入被连接件之一的螺纹 孔中，使被连接件连成一体。螺头5可制成圆形、方形、六角形及曲 面形，其头部也可开一字槽或十字槽(本实施例的螺头5为圆形，其 头部开有一字槽)。生产工艺包括以下步骤本实施例在步骤(2)中，采用浸渍增密工艺使其密度增密到1.7g/cm3。在步骤(3)中，采用191不饱和聚脂树脂。余同实施例1。 实施例3:附图3中螺钉1 一般不需要使用螺母4，将其螺纹部分直接拧入 被连接件之一的螺孔中，将被连接件连接起来；也可与螺母4配合使 用，将被连接件连接在一起。螺头5有沉头、圆头、方头之分，沉 头螺钉和圆头螺钉的头部均带有一字槽或十字槽(本实施例的螺头5 为沉头，其头部开有一字槽)。生产工艺包括以下步骤本实施例在步骤(2)中，采用化学气相沉积工艺增密，密度为 1.3g/cm3。在步骤(3)中，采用脲醛树脂。余同实施例1。
权利要求
1、一种紧固件，其特征是它由炭/炭复合材料加工制成。
2、 一种紧固件，其特征是它由炭纤维经制坯一增密一增塑改性 一机加工一净化制成。
3、 根据权利要求1或2所述的一种紧固件，其特征是所述的紧 固件它包括螺钉[l]、螺栓[2]、螺柱[3]、螺母[4]、垫片。
4、 一种如权利要求2所述一种紧固件的生产工艺，其特征是包 括以下步骤.-(1) 制坯将由炭纤维制成的网胎与网胎、或炭布与炭布、或网胎 与炭布交迭放置至要求厚度，通过针刺或穿刺使之复合，制成所需要 求的炭/炭复合材料坯体；(2) 增密将步骤(l)所得的坯体经化学气相渗透(沉积)和/或液 体浸渍增密，制成所需要求的炭/炭复合材料；(3) 增塑改性将步骤(2)所得炭/炭复合材料浸渍于树脂胶液中；(4) 机加工将步骤(3)所得的炭/炭复合材料，机加工成所需形状 和尺寸的紧固件；(5) 净化将步骤(4)所得的紧固件放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质。
5、 根据权利要求4所述一种紧固件的生产工艺，其特征是在步 骤(5)后进行步骤(6)清洗即将紧固件冲洗干净，使其表面清洁无灰尘 及任何玷污，然后烘烤干燥。
6、 根据权利要求5所述一种紧固件的生产工艺，其特征是在步骤(6)后进行步骤(7)表面处理，即将紧固件置于CVD炉中，进行化学 气相沉积。
7、 根据权利要求6所述一种紧固件的生产工艺；其特征是紧固 件在化学气相沉积炉中，于80(TC 110(rC温度下，在丙烯和/或天 然气气氛中，进行表面处理。
8、 根据权利要求4所述一种紧固件的生产工艺，其特征是步骤 (l)中，所述网胎的面密度为30 g/m2 130g/m2;针刺深度为15醒 30mm;针刺密度为3次/cm 2 10次/cm 、炭布密度为120 g/m2 300g/ m2，层密度为7层/cm 30层/cm。
9、 根据权利要求4所述一种紧固件的生产工艺，其特征是在步 骤(2)中，坯体增密后密度为1. 1 g/ m3 1.8g/ m3。
10、根据权利要求4所述一种紧固件的生产工艺，其特征是在步 骤(3)中，浸渍时间为10分钟 90分钟。
全文摘要
本发明公开了一种采用炭/炭复合材料加工制成的紧固件及其生产工艺，其紧固件包括螺钉[1]、螺栓[2]、螺柱[3]、螺母[4]、垫片，用于高温炉或腐蚀性环境中，替代石墨紧固件或钼质紧固件，它由炭纤维经制坯—增密—增塑改性—机加工—净化制成，本发明由于炭纤维复合材料内部具有准三维的结构，加工制成的紧固件，具有优异的高比强度、热膨胀系数小及耐急冷急热而不变形不开裂的性能，其抗弯强度是石墨的十倍左右，其使用寿命可达1年以上；又由于其具有石墨的润滑性能，使用时装卸方便；经过表面处理后，其表面清洁不掉灰，不会对周围环境、零件、原材料及成品等造成污染。
文档编号F16B43/00GK101285494SQ200810030470
公开日2008年10月15日 申请日期2008年1月10日 优先权日2008年1月10日
发明者廖寄乔, 王跃军, 邰卫平, 龚玉良 申请人:湖南金博复合材料科技有限公司