專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械密封材料的制備技術(shù)，具體為一種制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備。
背景技術(shù)：
各向同性熱解炭(Isotropic pyrolytic carbon)材料是利用化學(xué)氣相沉積方法(chemical vapor deposition——CVD)制備的一種高性能碳質(zhì)材料，由于其結(jié)構(gòu)致密、晶粒尺寸小，因此除具備一般碳質(zhì)材料的耐高溫、潤(rùn)滑、耐磨損、生物相容性好等共性優(yōu)點(diǎn)外，還具有強(qiáng)度高、不透氣、可加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，不需任何浸漬等后處理就可直接用做高性能機(jī)械密封組件，其強(qiáng)度、耐磨、密封性能、生物相容性、可加工性能等都大大優(yōu)于傳統(tǒng)碳質(zhì)材料。目前這種新型炭材料作為涂層材料已在原子能工業(yè)和生物工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于通常采用小型流化床工藝或轉(zhuǎn)動(dòng)床工藝，受到反應(yīng)器尺寸小、沉積時(shí)間短、沉積條件不穩(wěn)定等條件的制約，只能制備直徑小于30毫米，厚度小于2毫米的各向同性熱解炭涂層，限制了各向同性熱解炭材料作為機(jī)械密封材料在航天、航空、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠生產(chǎn)大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，具有變壓器、水冷系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、沉積裝置、氣體流量控制和尾氣處理系統(tǒng)，所述沉積裝置為固定床擾流沉積裝置，沉積裝置的反應(yīng)器下端開(kāi)口處設(shè)有氣體分配板，氣體分配板中心設(shè)有倒錐形開(kāi)口，氣體分配板上端為篩孔結(jié)構(gòu)。
所述沉積裝置的反應(yīng)器內(nèi)徑為150-300毫米。
所述氣體分配板的錐角α為120-160度。
所述篩孔結(jié)構(gòu)上的篩孔直徑為2-10毫米、間距2-20毫米。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了氣體分配板篩孔結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各向同性熱解炭材料在沉積基體上的連續(xù)、光滑的長(zhǎng)時(shí)間沉積，為制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本實(shí)用新型沉積設(shè)備示意圖。
圖2為本實(shí)用新型固定床擾流沉積裝置示意圖。
圖3為Φ132毫米×Φ170毫米×20毫米的各向同性熱解炭材料環(huán)。
圖中，1反應(yīng)器；2沉積基體；3篩孔結(jié)構(gòu)；4氣體分配板。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型設(shè)備利用化學(xué)氣相沉積工藝制備各向同性熱解炭材料。圖1是設(shè)備示意圖，主要分為變壓器、水冷系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、沉積裝置、氣體流量控制和尾氣處理系統(tǒng)六部分。變壓器通過(guò)石墨發(fā)熱體對(duì)沉積裝置進(jìn)行加熱，用紅外測(cè)溫儀、溫控系統(tǒng)測(cè)量和調(diào)控沉積溫度。沉積裝置是固定床擾流沉積裝置。碳?xì)錃怏w為甲烷、丙烷、丙烯或乙烯等，稀釋和載帶氣體為氫氣，氣體的流量由流量計(jì)和針閥測(cè)量控制。生產(chǎn)時(shí)需要水冷系統(tǒng)對(duì)沉積裝置進(jìn)行冷卻。反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣由尾氣處理系統(tǒng)處理。
該設(shè)備的核心是我們開(kāi)發(fā)的固定床擾流沉積裝置，如圖2所示。反應(yīng)器1內(nèi)徑為150-300毫米，反應(yīng)器1下端開(kāi)口處設(shè)有氣體分配板4，氣體分配板4中心設(shè)有倒錐形開(kāi)口，氣體分配板4錐角α為120-160度，氣體分配板4上端為篩孔結(jié)構(gòu)3，篩孔直徑為2-10毫米、間距2-20毫米，其作用是對(duì)碳?xì)錃怏w和氫氣實(shí)現(xiàn)擾流效果。沉積基體2懸掛在氣體分配板4上方，采用各向同性細(xì)顆粒石墨，細(xì)顆粒石墨粒徑小于75微米。碳?xì)錃怏w在高溫下裂解，在沉積基體2上沉積生成各向同性熱解炭材料。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了各向同性熱解炭材料在該裝置中的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定沉積，從而可獲得最大直徑為200毫米，最大厚度為20毫米的各向同性熱解炭材料。
圖3是利用該設(shè)備制備得到的環(huán)狀各向同性熱解炭材料樣品。其規(guī)格為內(nèi)徑×外徑×高度為Φ132毫米×Φ170毫米×20毫米。
權(quán)利要求1.一種制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，具有變壓器、水冷系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、沉積裝置、氣體流量控制和尾氣處理系統(tǒng)，其特征在于所述沉積裝置為固定床擾流沉積裝置，沉積裝置的反應(yīng)器(1)下端開(kāi)口處設(shè)有氣體分配板(4)，氣體分配板(4)中心設(shè)有倒錐形開(kāi)口，氣體分配板(4)上端為篩孔結(jié)構(gòu)(3)。
2.按照權(quán)利要求1所述制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，其特征在于所述沉積裝置的反應(yīng)器內(nèi)徑為150-300毫米。
3.按照權(quán)利要求1所述制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，其特征在于所述氣體分配板的錐角α為120-160度。
4.按照權(quán)利要求1所述制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，其特征在于所述氣體分配板上端篩孔結(jié)構(gòu)上的篩孔直徑為2-10毫米、間距2-20毫米。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及機(jī)械密封材料的制備技術(shù)，具體為一種制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料的設(shè)備，具有變壓器、水冷系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、沉積裝置、氣體流量控制和尾氣處理系統(tǒng)，所述沉積裝置為固定床擾流沉積裝置，反應(yīng)器下端開(kāi)口處設(shè)有氣體分配板，氣體分配板中心設(shè)有倒錐形開(kāi)口，氣體分配板上端為篩孔結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了氣體分配板篩孔結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各向同性熱解炭材料在沉積基體上的連續(xù)、光滑的長(zhǎng)時(shí)間沉積，為制備大尺寸機(jī)械密封用各向同性熱解炭材料奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C23C16/54GK2835255SQ20052009276
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者白朔, 徐紅軍, 羅川, 周金玉, 成會(huì)明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所