一種在石墨球體表面包覆熱解碳的設備及氣相沉碳方法，所述的設備中的臥式爐體(2)前后分別裝配爐蓋(1)和爐底(6)，臥式爐體(2)的中間為沉積室(5)，沉積室(5)與臥式爐體(2)之間固定裝配發熱元件(4)和保溫材料(3)；沉積室(5)內安裝可水平滑移的料臺機構(8)，料臺機構(8)上固定可裝石墨球體的帶通孔的石墨托架(7)，石墨托架(7)上放置石墨球，料臺機構(8)與振動機構連接，振動機構可防止石墨托架(7)上的石墨球靜止；沉積室(5)的前后部分別安裝進氣系統和真空實現系統，工作過程中，通過安裝在沉積室(5)上的真空表(12)及控溫熱電偶(13)控制沉積室(5)內溫度及壓力。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用臥式電阻加熱式振動氣相沉碳方法制備石墨球表面包覆層的工藝和裝備，其產品應用于核能領域核反應堆停堆系統石墨吸收球。
技術介紹
目前，化學氣相沉積技術一般為待沉積工件在靜止狀態下的沉積，此時待沉積工件必須有某個部位與支撐起它的工裝或料盤相接觸，在靜止狀態下，接觸點往往沉積不到而造成局部缺陷。除了靜止沉積外，還有一種技術是浮動沉積，其原理是依靠大流量的氣體將待沉積工件吹起來，漂浮在沉積室內進行沉積，此技術有其局限性，要求待沉積工件較輕，另外，要求有大量的氣體，造成成本的升高
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種石墨球的表面包覆層的制備工藝及相應設備，適用于不同種類的石墨球的表面氣相沉碳，避免了普通沉積技術的局部缺陷，提高了球體沉積后的表面質量，滿足核反應堆停堆系統的使用要求。本專利技術設備的技術解決方案是一種在石墨球體表面包覆熱解碳的設備，包括爐蓋、臥式爐體、保溫材料、發熱元件、沉積室、爐底、料架、料臺機構、真空實現系統、真空表、控溫熱電偶、振動機構；臥式爐體前后分別裝配爐蓋和爐底，臥式爐體的中間為沉積室，沉積室與臥式爐體之間固定裝配發熱元件和保溫材料；沉積室內安裝可水平滑移的料臺機構，料臺機構上固定可裝石墨球體的帶通孔的石墨托架，石墨托架上放置石墨球，料臺機構與振動機構連接，振動機構可防止石墨托架上的石墨球靜止；沉積室的前后部分別安裝進氣系統和真空實現系統，工作過程中，通過安裝在沉積室上的真空表及控溫熱電偶控制沉積室內溫度及壓力。所述的振動機構包括連桿與料架連接裝置、電機與料架連桿、電機傳動桿、振動電機；振動電機的電機傳動桿運動方向為水平運動，電機傳動桿通過電機與料架連桿、連桿與料架連接裝置與料臺機構連接，并保證振動電機工作時，料臺機構能夠在沉積室內水平運動。所述的振動機構包括液壓站系統、液壓頂桿；料臺機構通過液壓頂桿與臥式爐體外部的液壓站系統連接；液壓站系統提供頂起動力，通過液壓頂桿帶動料臺機構上料架上的石墨球運動。本專利技術方法的技術方案是一種在石墨球體表面包覆熱解碳的氣相沉碳方法，步驟如下第一步，將石墨球置于上述設備中的多層料臺上，將料臺水平推入沉積室)，密封爐蓋;第二步，對臥式爐體內抽真空，加熱沉積室，控制沉積室內溫度為800 1200°C，壓力為500 5000Pa ；第三步，向沉積室內通入碳源氣體及氬氣的混合氣體，同時通過振動機構實現石墨球在料架上的有規律翻轉，即進行沉碳過程處理，沉碳過程持續2 20h ;第四步，將沉積室內料架上的石墨球進行冷卻后出爐，即可在石墨球表面制備出均勻細密的碳包覆層。所述第三步中的沉碳處理過程采用上面第一種振動機構進行振動，水平方向振動頻率為I 30次/h，振動幅度為5 20mm。所述第三步中的沉碳處理過程采用上述第二種振動機構進行振動，具體過程為輪流頂起兩個液壓頂桿，頂起頻率為I 30次/h,頂起后料架與水平方向形成的傾斜角度為O.I 5。。。 所述的輪流頂起兩個液壓頂桿液壓頂桿，其中頂起一個液壓頂桿后，實現料架的傾斜，保持Imin。本專利技術與現有技術相比有益效果為(I)本專利技術的技術為振動沉積，利用一定的機械裝置將待沉積球形體動起來，避免其某一點一直與工裝接觸而造成沉積不上的局部缺陷，大大提高了球體沉積后的表面質量。而且本專利技術幾乎不受待沉積工件大小的限制，只要待沉積工件為球體即可，工藝過程中也不需要大流量氣體，降低了生產成本。(2)通過本工藝方法和實施工藝的專用設備，可實現石墨球體表面包覆碳層的均勻一致，即在沉積室內上層與下層之間，前料架于后料架之間的沉碳增重效率差別< 5%。(3)通過本工藝方法和實施工藝的專用設備，能實現石墨球表面包覆層的批量生產，每次最多可處理IOOkg球體，且質量合格率高。附圖說明圖I為本專利技術的結構示意圖；圖2和圖3分別為兩種振動方式下的振動機構示意圖。具體實施例方式下面首先結合附圖I詳細介紹本專利技術的設備。本專利技術設備包括爐蓋I、臥式爐體2、保溫材料3、發熱元件4、沉積室5、爐底6、料架7、料臺機構8、真空實現系統、真空表12、控溫熱電偶13、振動機構；帶水冷卻的臥式爐體2前后分別裝配爐蓋I和爐底6，臥式爐體2的中間為沉積室5，沉積室5與臥式爐體2之間固定裝配發熱元件4和保溫材料3 ;沉積室5內安裝可水平滑移的料臺機構8，料臺機構8上固定可裝石墨球體的帶通孔的石墨托架7，石墨托架7上放置石墨球，根據石墨球體直徑及總量設計石墨托架7的高度及球體數量，保證石墨球在石墨托架7上能夠自由運動即可；料臺機構8與振動機構連接，振動機構可防止石墨托架7上的石墨球靜止；沉積室5的前后部分別安裝進氣系統和真空實現系統(例如可以包括真空管路9、過濾罐10、真空泵11)，工作過程中，通過安裝在沉積室5上的真空表12及控溫熱電偶13控制沉積室5內溫度及壓力。所述的振動機構中，本專利技術提供兩種振動方式，振動方式I如圖2所示(圖中虛線框代表爐體部分)，振動機構整體結構由振動電機14,電機傳動桿15,電機與料架連桿16,連桿與料架連接裝置17等組成；電機傳動桿15運動方向為水平運動，并有一定的加速度；電機傳動桿15通過電機與料架連桿16、連桿與料架連接裝置17與料臺機構8連接。電機傳動桿15為不銹鋼等金屬材料件；電機與料架連桿16的材料可以為C/C復合材料、石墨材料、高溫合金、陶瓷材料或其組合件；連桿與料架連接裝置17可以為螺桿連接，搭接等形式；電機傳動桿15，電機與料架連桿16之間可以采用螺紋連接、螺桿連接等形式；石墨料架7的材料可以為石墨、C/C復合材料、高溫合金等；料臺機構8可以為石墨材料、C/C復合材料、高溫合金等。振動方式2如圖3所示，振動機構整體結構由液壓系統20，液壓頂桿18，19等組成；液壓站系統20提供頂起動力；液壓頂桿18，19爐體外部分為不銹鋼等金屬材料件，爐體內部分可以選用C/C復合材料、石墨材料、高溫合金、陶瓷材料或其組合件。下面介紹本專利技術方法，方法步驟如下第一步，將石墨球置于多層料臺上7，將料臺水平推入沉積室5中，密封爐蓋I ; 第二步，對爐體內抽真空后，加熱沉積室5，然后控制沉積室5內溫度為800 12000C (通過控溫熱電偶13控制)，壓力為500 5000Pa(通過真空表12控制)；第三步，向沉積室5內通入碳源氣體及氬氣的混合氣體，其中碳源氣體為甲烷、丙烷等，流量為20 200L/min，此時沉積室內壓力不變；沉碳過程持續2 20h，期間通過兩種方式實現振動，第一種如圖2所示，振動電機14帶動傳動桿15、連桿16給料架7 —定的加速度使之水平方向運動，由于慣性的作用實現石墨球在料架上的有規律翻轉，達到球體表面均勻沉碳的目的，其中水平方向振動頻率為I 30次/h，振動幅度為5 20mm ;第二種如圖3所示，在爐體外加裝一液壓機構20，其中液壓頂桿通往料架底座，輪流頂起液壓液壓頂桿一 18和液壓頂桿二 19，頂起一次的過程為，先頂起某一個液壓頂桿，實現料架的傾斜，保持lmin，球形產品在料架上有規律翻轉，然后收起液壓頂桿，使料架水平，達到球體表面均勻沉碳的目的，其中頂起頻率為I 30次/h，頂起后料架與水平方向形成的傾斜角度為 O. I 5。。；第四步，沉積工藝完成，經冷卻后出爐，即可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種在石墨球體表面包覆熱解碳的設備，其特征在于：包括爐蓋(1)、臥式爐體(2)、保溫材料(3)、發熱元件(4)、沉積室(5)、爐底(6)、料架(7)、料臺機構(8)、真空實現系統、真空表(12)、控溫熱電偶(13)、振動機構；臥式爐體(2)前后分別裝配爐蓋(1)和爐底(6)，臥式爐體(2)的中間為沉積室(5)，沉積室(5)與臥式爐體(2)之間固定裝配發熱元件(4)和保溫材料(3)；沉積室(5)內安裝可水平滑移的料臺機構(8)，料臺機構(8)上固定可裝石墨球體的帶通孔的石墨托架(7)，石墨托架(7)上放置石墨球，料臺機構(8)與振動機構連接，振動機構可防止石墨托架(7)上的石墨球靜止；沉積室(5)的前后部分別安裝進氣系統和真空實現系統，工作過程中，通過安裝在沉積室(5)上的真空表(12)及控溫熱電偶(13)控制沉積室(5)內溫度及壓力。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊村林，姜召陽，敖明，韓鋼，韓渤濤，
申請(專利權)人：航天材料及工藝研究所，
類型：發明
國別省市：
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