本發(fā)明屬于有色金屬冶煉
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子及其制備方法。
背景技術(shù)：
：采用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子噴吹惰性氣體來(lái)除去鋁液中的氫氣和氧化夾雜物是當(dāng)今世界上一項(xiàng)先進(jìn)的鋁液凈化技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)自20世紀(jì)70年代在國(guó)外問(wèn)世以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了熔鑄生產(chǎn)在線(xiàn)連續(xù)凈化和自動(dòng)化，其先進(jìn)合理的凈化工藝給生產(chǎn)廠(chǎng)家?guī)?lái)了巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。在這些在線(xiàn)凈化系統(tǒng)中，利用轉(zhuǎn)子將介質(zhì)氣體如高純氬氣(或氮?dú)?輸送到鋁液的底部，并進(jìn)行攪拌，基于高能擴(kuò)散和化學(xué)驅(qū)動(dòng)原理，通過(guò)氣泡將鋁液中的氫氧雜質(zhì)帶出，達(dá)到脫氣除雜的效果。目前，轉(zhuǎn)子主要采用石墨材料，這是由于石墨材料具有高溫強(qiáng)度高、導(dǎo)電傳熱性好、抗熱震性、耐腐蝕和具有自潤(rùn)滑性的特點(diǎn)，是一種較好的鋁液凈化轉(zhuǎn)子材料。但是石墨材料本身存在兩個(gè)較為嚴(yán)重的缺陷：一是石墨屬于脆性材料，強(qiáng)度和韌性較差；二是石墨材料在空氣中超過(guò)450℃開(kāi)始氧化，較差的力學(xué)性能和弱的抗氧化性能導(dǎo)致石墨轉(zhuǎn)子使用壽命較低，因此如何提高石墨轉(zhuǎn)子的使用壽命一直是鋁精煉行業(yè)使用者和轉(zhuǎn)子制造廠(chǎng)家重要的研究課題之一。一般地，高壽命石墨轉(zhuǎn)子應(yīng)從兩個(gè)途徑進(jìn)行開(kāi)發(fā)，一是提高石墨材質(zhì)，二是針對(duì)局部損耗較大的部位，進(jìn)行特殊處理，如涂料保護(hù)法，套筒保護(hù)法等。但是石墨材料本身固有的缺陷無(wú)法從根本上解決。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子相對(duì)于現(xiàn)有石墨轉(zhuǎn)子，在腐蝕氧化區(qū)域，利用C/C-SiC復(fù)合材料代替原有的涂層或者陶瓷套管，利用SiC材料優(yōu)異的抗氧化性能和抗腐蝕性能，從根本上解決了石墨轉(zhuǎn)子材料本身固有的缺陷。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括石墨段和復(fù)合段，所述石墨段和復(fù)合段之間為螺紋連接；所述復(fù)合段包括C/C復(fù)合材料上段和C/C復(fù)合材料下段，以及位于C/C復(fù)合材料上段和C/C復(fù)合材料下段之間的C/C-SiC復(fù)合材料段，所述C/C復(fù)合材料上段、C/C-SiC復(fù)合材料段和C/C復(fù)合材料下段為一體式結(jié)構(gòu)。上述的一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述石墨段的數(shù)量為一個(gè)，所述石墨段位于復(fù)合段上方。上述的一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述石墨段的數(shù)量為兩個(gè)，所述復(fù)合段位于兩個(gè)石墨段之間。上述的一種鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述石墨段上設(shè)置有外螺紋，復(fù)合段上設(shè)置有與所述外螺紋相配合的內(nèi)螺紋。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將密度為0.20g/cm3～0.50g/cm3的炭纖維預(yù)制體增密，得到密度為1.20g/cm3～1.40g/cm3的C/C復(fù)合材料；步驟二、將步驟一中所述C/C復(fù)合材料機(jī)械加工成直徑為50mm～200mm，高度為300mm～500mm的C/C復(fù)合材料桿；步驟三、將石墨工裝套裝于步驟二中所述C/C復(fù)合材料桿上且位于C/C-SiC復(fù)合材料段的部位，所述石墨工裝包括石墨套筒和位于石墨套筒下方的石墨擋圈，所述石墨擋圈的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿的外壁緊密配合，石墨套筒的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿的外壁之間形成空隙，向所述空隙中填充硅粉，形成組合件；步驟四、將步驟三中所述組合件置于加熱爐中進(jìn)行反應(yīng)熔滲處理，或?qū)⒍鄠€(gè)步驟三中所述組合件疊放或并列置于加熱爐中進(jìn)行反應(yīng)熔滲處理，出爐后拆除石墨工裝，在套裝石墨工裝的部位形成密度為1.50g/cm3～2.10g/cm3的C/C-SiC復(fù)合材料，得到復(fù)合段；步驟五、將石墨段和步驟四中所述復(fù)合段通過(guò)螺紋連接，得到分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。上述的方法，其特征在于，步驟三中所述空隙的厚度為2mm～6mm。上述的方法，其特征在于，步驟三中所述硅粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，硅粉的粒徑不大于2mm。上述的方法，其特征在于，步驟四中所述反應(yīng)熔滲處理的溫度為1550℃～1750℃，保溫時(shí)間為6h～10h。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有石墨轉(zhuǎn)子，在腐蝕氧化區(qū)域，利用C/C-SiC復(fù)合材料代替原有的涂層或者陶瓷套管，利用SiC材料優(yōu)異的抗氧化性能和抗腐蝕性能，從根本上解決了石墨轉(zhuǎn)子材料本身固有的缺陷。2、本發(fā)明相對(duì)傳統(tǒng)反應(yīng)熔滲工藝，采用石墨工裝，通過(guò)仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將硅粉置于石墨套筒內(nèi)壁和炭/炭復(fù)合材料部件外壁之間，在炭/炭復(fù)合材料部件外表面形成一層10mm～25mm厚度的碳化硅陶瓷基體，所獲得的C/C-SiC復(fù)合材料部件不需要進(jìn)行機(jī)械加工，大幅度降低了陶瓷材料的加工成本。3、本發(fā)明通過(guò)將多個(gè)組合件疊放后同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)熔滲，大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。4、采用本發(fā)明的方法制備的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子相對(duì)于傳統(tǒng)石墨轉(zhuǎn)子，使用壽命提高3～5倍，可達(dá)到2個(gè)月以上。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的第一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明復(fù)合段的第一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明組合件的第一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的第二種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明復(fù)合段的第二種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明組合件的第二種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明：1—石墨段；2—復(fù)合段；2-1—C/C復(fù)合材料上段；2-2—C/C復(fù)合材料下段；2-3—C/C-SiC復(fù)合材料段；3—石墨套筒；4—石墨擋圈；5—硅粉；6—C/C復(fù)合材料桿。具體實(shí)施方式實(shí)施例1如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，包括石墨段1和復(fù)合段2，所述石墨段1和復(fù)合段2之間為螺紋連接；所述復(fù)合段2包括C/C復(fù)合材料上段2-1和C/C復(fù)合材料下段2-2，以及位于C/C復(fù)合材料上段2-1和C/C復(fù)合材料下段2-2之間的C/C-SiC復(fù)合材料段2-3，所述C/C復(fù)合材料上段2-1、C/C-SiC復(fù)合材料段2-3和C/C復(fù)合材料下段2-2為一體式結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述石墨段1的數(shù)量為一個(gè)，所述石墨段1位于復(fù)合段2上方。本實(shí)施例中，所述石墨段1上設(shè)置有外螺紋，復(fù)合段2上設(shè)置有與所述外螺紋相配合的內(nèi)螺紋。本實(shí)施例的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的制備方法包括以下步驟：步驟一、根據(jù)所要制備炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的形狀和性能要求，采用常規(guī)方法利用炭纖維、炭布和網(wǎng)胎制成密度為0.20g/cm3的炭纖維預(yù)制體，然后將所述炭纖維預(yù)制體增密，得到密度為1.20g/cm3的C/C復(fù)合材料；步驟二、將步驟一中所述C/C復(fù)合材料機(jī)械加工成直徑為50mm，高度為300mm的C/C復(fù)合材料桿6；步驟三、將石墨工裝套裝于步驟二中所述C/C復(fù)合材料桿6上且位于C/C-SiC復(fù)合材料段2-3的部位，所述石墨工裝包括石墨套筒3和位于石墨套筒3下方的石墨擋圈4，所述石墨擋圈4的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁緊密配合，石墨套筒3的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁之間形成厚度為2mm的空隙，向所述空隙中填充硅粉5，形成組合件(如圖3所示)；所述硅粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，硅粉的粒徑為1mm；步驟四、將2～4個(gè)步驟三中所述組合件疊放置于加熱爐中進(jìn)行反應(yīng)熔滲處理，出爐后拆除石墨工裝，在套裝石墨工裝的部位形成密度為1.50g/cm3的C/C-SiC復(fù)合材料，得到復(fù)合段2，并在復(fù)合段2上機(jī)加工內(nèi)螺紋；所述反應(yīng)熔滲處理的溫度為1550℃，保溫時(shí)間為6h；步驟五、將設(shè)置有外螺紋的石墨段1和步驟四中所述復(fù)合段2通過(guò)螺紋連接，得到分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。實(shí)施例2如圖4和圖5所示，本實(shí)施例的鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，包括石墨段1和復(fù)合段2，所述石墨段1和復(fù)合段2之間為螺紋連接；所述復(fù)合段2包括C/C復(fù)合材料上段2-1和C/C復(fù)合材料下段2-2，以及位于C/C復(fù)合材料上段2-1和C/C復(fù)合材料下段2-2之間的C/C-SiC復(fù)合材料段2-3，所述C/C復(fù)合材料上段2-1、C/C-SiC復(fù)合材料段2-3和C/C復(fù)合材料下段2-2為一體式結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述石墨段1的數(shù)量為兩個(gè)，所述復(fù)合段2位于兩個(gè)石墨段1之間。本實(shí)施例中，所述石墨段1上設(shè)置有外螺紋，復(fù)合段2上設(shè)置有與所述外螺紋相配合的內(nèi)螺紋。本實(shí)施例的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的制備方法包括以下步驟：步驟一、根據(jù)所要制備炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的形狀和性能要求，采用常規(guī)方法利用炭纖維、炭布和網(wǎng)胎制成密度為0.40g/cm3的炭纖維預(yù)制體，然后將所述炭纖維預(yù)制體增密，得到密度為1.30g/cm3的C/C復(fù)合材料；步驟二、將步驟一中所述C/C復(fù)合材料機(jī)械加工成直徑為100mm，高度為400mm的C/C復(fù)合材料桿6；步驟三、將石墨工裝套裝于步驟二中所述C/C復(fù)合材料桿6上且位于C/C-SiC復(fù)合材料段2-3的部位，所述石墨工裝包括石墨套筒3和位于石墨套筒3下方的石墨擋圈4，所述石墨擋圈4的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁緊密配合，石墨套筒3的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁之間形成厚度為4mm的空隙，向所述空隙中填充硅粉5，形成組合件(如圖6所示)；所述硅粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，硅粉的粒徑為2mm；步驟四、將2～4個(gè)步驟三中所述組合件并列置于加熱爐中進(jìn)行反應(yīng)熔滲處理，出爐后拆除石墨工裝，在套裝石墨工裝的部位形成密度為1.85g/cm3的C/C-SiC復(fù)合材料，得到復(fù)合段2，并在復(fù)合段2上機(jī)加工內(nèi)螺紋；所述反應(yīng)熔滲處理的溫度為1600℃，保溫時(shí)間為8h；步驟五、將兩個(gè)設(shè)置有外螺紋的石墨段1和步驟四中所述復(fù)合段2通過(guò)螺紋連接，得到分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。實(shí)施例3如圖4和圖5所示，本實(shí)施例的鋁熔體凈化用分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同。本實(shí)施例的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的制備方法包括以下步驟：步驟一、根據(jù)所要制備炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的形狀和性能要求，采用常規(guī)方法利用炭纖維、炭布和網(wǎng)胎制成密度為0.50g/cm3的炭纖維預(yù)制體，然后將所述炭纖維預(yù)制體增密，得到密度為1.40g/cm3的C/C復(fù)合材料；步驟二、將步驟一中所述C/C復(fù)合材料機(jī)械加工成直徑為200mm，高度為500mm的C/C復(fù)合材料桿6；步驟三、將石墨工裝套裝于步驟二中所述C/C復(fù)合材料桿6上且位于C/C-SiC復(fù)合材料段2-3的部位，所述石墨工裝包括石墨套筒3和位于石墨套筒3下方的石墨擋圈4，所述石墨擋圈4的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁緊密配合，石墨套筒3的內(nèi)壁與C/C復(fù)合材料桿6的外壁之間形成厚度為6mm的空隙，向所述空隙中填充硅粉5，形成組合件(如圖6所示)；所述硅粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，硅粉的粒徑為1.5mm；步驟四、將步驟三中所述組合件置于加熱爐中進(jìn)行反應(yīng)熔滲處理，出爐后拆除石墨工裝，在套裝石墨工裝的部位形成密度為2.10g/cm3的C/C-SiC復(fù)合材料，得到復(fù)合段2，并在復(fù)合段2上機(jī)加工內(nèi)螺紋；所述反應(yīng)熔滲處理的溫度為1750℃，保溫時(shí)間為10h；步驟五、將設(shè)置有外螺紋的石墨段1和步驟四中所述復(fù)合段2通過(guò)螺紋連接，得到分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。對(duì)本發(fā)明的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的使用壽命與石墨轉(zhuǎn)子的使用壽命進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)下表：表1不同材料鋁熔體凈化處理用轉(zhuǎn)子使用壽命對(duì)比材料使用壽命(天)石墨轉(zhuǎn)子20實(shí)施例1制備的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子60實(shí)施例2制備的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子80實(shí)施例3制備的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子100從表1中可以看出，本發(fā)明的分段式炭陶復(fù)合材料轉(zhuǎn)子在使用過(guò)程中，其使用壽命比石墨轉(zhuǎn)子明顯延長(zhǎng)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3