Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части



Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части
Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части
Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части
Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части
Корпусная или внутренняя деталь аппарата, снабженная выступающими частями, способ ее изготовления и устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части

 


Владельцы патента RU 2515878:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретения могут быть использованы в аппаратах химической, химико-металлургической отраслях промышленности, а также в производстве особо чистых материалов. Неразъеёмная монолитная деталь аппарата, снабженная выступающими частями, изготовлена из углерод-углеродного композиционного материала на основе каркаса тканепрошивной структуры. Для изготовления такой детали сначала формируют тканепрошивные каркасы закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки слоев ткани с отбортовкой на фланцевый участок. Уплотняют пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок слои ткани ненасыщенными пироуглеродом. Механически обрабатывают насыщенный пироуглеродом участок. Затем формируют каркас основной части на формообразующей оправке путеём последовательного вшивания в него ненасыщенных пироуглеродом слоеёв ткани, насыщения их пироуглеродом термоградиентным методом и механической обработки ранее необработанных участков детали. Оправка-нагреватель предназначена для размещения основного участка каркаса закладного элемента, а формообразующая оправка, не являющаяся нагревателем, предназначена для размещения фланцевого участка. Техническим результатом является повышение срока службы деталей в химически агрессивных средах и/или при высоких температурах, увеличение их габаритов без усложнения технологии. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретения относятся к области аппаратостроения и могут быть использованы в химической, химико-металлургической и родственных отраслях промышленности, а также в производстве особо чистых материалов, в том числе полупроводников.

Известны корпусные детали, а также детали внутреннего устройства аппаратов, снабженные втулками, или патрубками, или иными выступающими частями. При этом для обеспечения их работоспособности в коррозионно-активных средах они выполнены из специальных сплавов, а неразъемность конструкции деталей, состоящих из основной и выступающих частей, достигается за счет сварного соединения. [1. А.А. Лащинский. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Л.: Машиностроение. 1981 г. с.92, 330, 340. 2. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971 г., с.346, рис.VIII-13.]

Недостатками такой конструкции деталей являются недостаточный срок службы аппарата из-за сравнительно низкой коррозионной стойкости сплавов особенно в местах сварных швов, а также невозможность его использования при высоких температурах.

Известны корпусные детали, а также детали внутреннего устройства аппаратов, снабженные втулками, или патрубками, или иными выступающими частями. При этом для обеспечения их работоспособности в коррозионно-активных средах они выполнены из керамики, а неразъемность конструкций деталей, состоящих из основной и выступающих частей, достигается за счет монолитного исполнения. [Химическое оборудование из керамики. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1972 г., с. 3-38.]

Керамика из твердого фарфора, дунита и глинозема обладает в ряде сред более высокой химической стойкостью по сравнению со спецсплавами.

Недостатками конструкции деталей из керамики являются низкая прочность их на удар и сравнительно небольшие их габариты, а также необходимость нагрева по специальному щадящему режиму, а именно: при температуре первоначально подаваемой среды не более 50°C и последующему нагреву со скоростью не более 3°C/мин.

Наиболее близкими конструкциями того же назначения к заявленной конструкции по совокупности признаков являются корпусные детали, а также детали внутреннего устройства аппаратов, снабженные втулками, или патрубками, или иными выступающими частями; при этом для обеспечения их работоспособности в коррозионно-активных средах они выполнены из неметаллического материала, а именно: пропитанного полимерным связующим графита, а неразъемность конструкции деталей, состоящих из основной и выступающих частей, достигается за счет клеевого соединения. [1. Химическая аппаратура из графитовых материалов. 1968 г. 2. Крылов В.М., Вильк Ю.Н. Углеграфитовые материалы и их применение в химической промышленности. М.: Химия. 1965 г.] Данная конструкция принята за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой детали, - корпусная деталь или деталь внутреннего устройства аппарата, снабженная выступающими частями, выполненная неразъемной конструкции и изготовленная из неметаллического материала.

Выполнение деталей из пропитанного связующим графита позволяет повысить срок службы аппарата за счет более высокой коррозионной стойкости материала в сравнении со специальными сплавами.

Недостатками конструкции деталей являются недостаточно высокий срок их службы из-за низкой прочности материала и недостаточно высокой коррозионной стойкости полимерной составляющей импрегнированного графита и материала клеевого соединения, а также невозможность использования или недостаточно высокий срок службы при высоких температурах из-за низкой термостойкости импрегната и материала клеевого соединения. Кроме того, недостатком конструкции являются ограниченные габаритные размеры изготавливаемых из импрегнированного графита деталей.

Известен способ изготовления деталей из УУКМ, включающий формирование каркаса и его уплотнение пироуглеродом из газовой фазы изотермическим методом. [Буланов И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: учебник для вузов / И.М. Буланов, В.В. Воробей. - М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 1998 г.]

Способ позволяет изготавливать детали сложного профиля, в том числе с выступающими частями.

Недостатками способа являются длительный цикл изготовления детали; недостаточно высокая плотность получаемого при этом материала; большая длительность подготовки детали к герметизации (за счет формирования на ней пироуглеродного покрытия), т.к. под формирование герметичного покрытия деталь необходимо механически обработать, что трудоемко из-за ее сложного профиля.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу по совокупности признаков является способ изготовления деталей из УУКМ, включающий последовательное формирование тканепрошивных каркасов отдельных частей (фрагментов) детали и последовательную их монолитизацию с объединением в единую конструкцию. Применительно к изготовлению тигля из УУКМ сначала формируют каркас донной части с небольшой высоты цилиндрическим участком, присоединительную часть которого выполняют в виде ступенек из слоев ткани, насыщают его пироуглеродом термоградиентным методом за исключением присоединительного участка, затем доформировывают по присоединительному участку цилиндрическую часть каркаса тигля и уплотняют пироуглеродом термоградиентным методом. [Патент РФ №2235681 от 10.09.2004 г.] Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ изготовления деталей из УУКМ, включающий последовательное формирование тканепрошивных каркасов отдельных частей детали и последовательную их монолитизацию путем уплотнения пироуглеродом термоградиентным методом с объединением их через присоединительный ненасыщенный пироуглеродом участок одного из каркасов в единую конструкцию.

Способ обеспечивает возможность изготовления крупногабаритных тиглей из УУКМ, обладающего максимально возможной для данного типа материала плотностью. Известный способ сложен и трудоемок для изготовления деталей из УУКМ с выступающими частями типа втулок и патрубков, расположенными со стороны наружной поверхности основной части детали. Данный способ не пригоден для изготовления деталей из УУКМ с выступающими частями типа втулок и патрубков, расположенными со стороны внутренней поверхности основной части детали. При этом изготавливаемые детали требуют более сложной подготовки к герметизации.

Известно устройство для формирования и насыщения пироуглеродом вакуумным изотермическим методом каркасов цилиндрической или пластинчатой формы с фланцевым участком, выполненное в виде формообразующей оправки. [Буланов И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: учебник для вузов / И.М. Буланов, В.В. Воробей. - М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 1998 г.]

Недостатками известного устройства являются длительный цикл насыщения каркаса и невозможность изготовления закладных элементов сложнопрофильных деталей, в которых фланцевый участок каркаса остался бы ненасыщенным пироуглеродом.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является устройство для формирования и насыщения пироуглеродом термоградиентным методом каркасов деталей, в частности, закладных элементов, содержащее оправку-нагреватель и токоподводы к ней. [Гурин В.А. Газофазные методы получения углерод и углерод-углеродных материалов / В.А. Гурин, В.Ф. Зеленский // Вопросы атомной науки и техники / ННЦ Харьковский физико-технический ин-т. - Харьков. - 1999 г., с.13-31.] Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства, - устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части, содержащее оправку-нагреватель и токоподводы к ней.

Устройство позволяет существенно уменьшить цикл насыщения каркасов за счет проведения процесса при большей температуре и давлении.

Недостатком устройства является невозможность изготовления закладных элементов сложнопрофильных деталей, в которых фланцевый участок каркаса остался бы ненасыщенным пироуглеродом.

Задачей изобретений является повышение срока службы деталей в химически агрессивных средах и/или при высоких температурах, а также увеличение габаритов изготавливаемых деталей без усложнения технологии и увеличения цикла их изготовления.

Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. При разработке новой детали были изобретены новые способ изготовления изделий и устройство, специально предназначенное для осуществления этого способа. Применение детали, способа для изготовления детали и устройства для осуществления заявленного способа позволит решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата - повышение срока службы деталей в химически агрессивных средах и/или при высоких температурах, а также увеличение габаритов изготавливаемых деталей без усложнения технологии и увеличения цикла их изготовления. Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная корпусная деталь или деталь внутреннего устройства аппарата, снабженная выступающими частями, выполненная неразъемной конструкции и изготовленная из неметаллического материала, выполнена монолитной конструкции, а в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал на основе каркаса тканепрошивной структуры.

В предпочтительном варианте в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал, подвергнутый герметизации пироуглеродом.

Признаки заявляемой конструкции детали, отличительные от прототипа, - в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал на основе каркаса тканепрошивной структуры; в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал, подвергнутый герметизации пироуглеродом.

Выполнение детали в виде монолитной (неклееной, несварной) конструкции из УУКМ позволяет отказаться от необходимости использования для соединения частей детали менее термостойких и химически стойких, чем УУКМ, материалов клеев или материалов для осуществления сварки. Кроме того, в этом случае надежнее и проще осуществить герметизацию детали, в том числе в местах соединения выступающих частей с основной частью детали.

Выполнение детали из УУКМ создает предпосылки для изготовления ее крупных габаритов.

Выполнение детали из УУКМ на основе каркаса тканевыкладочно-прошивной структуры обеспечивает высокую прочность соединения выступающих частей с основной частью детали за счет непрерывности слоев армирующего наполнителя.

Выполнение детали из УУКМ, подвергнутого герметизации термостойким материалом, обеспечивает возможность ее эксплуатации при высоких температурах и позволяет ограничить, а также оттянуть по времени доступ химически агрессивной среды к внутренним слоям материала.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность длительно противостоять химически агрессивным средам и/или высоким температурам и ударным нагрузкам, а также возможность изготовления деталей разного типоразмера при принципиальной возможности изготовления сравнительно простым способом. Использование в качестве неметаллического материала углерод-углеродного композиционного материала, подвергнутого герметизации термостойким материалом, позволяет еще в большей степени длительно противостоять химически агрессивным средам и/или высоким температурам и ударным нагрузкам.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: повышается срок службы детали в химически агрессивных средах и/или высоких температурах, а также увеличиваются габариты изготавливаемых деталей и создаются предпосылки изготовления сравнительно простым способом.

Поставленная задача также была решена за счет того, что в известном способе, включающем последовательное формирование тканепрошивных каркасов отдельных частей детали и последовательную их монолитизацию путем уплотнения пироуглеродом термоградиентным методом с объединением их через присоединительный ненасыщенный пироуглеродом участок одного из каркасов в единую конструкцию, сначала формируют каркасы закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки - по соответствующей форме формообразующей оправки - слоев ткани с отбортовкой их на фланцевый участок, насыщают закладные элементы пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок слои ткани ненасыщенными пироуглеродом, проводят механическую обработку насыщенного пироуглеродом участка закладных элементов, после чего формируют каркас основной части детали на формообразующей оправке, последовательно вшивая в него ненасыщенные пироуглеродом слои ткани установленных в формообразующую оправку закладных элементов с последующим насыщением каркаса основной части детали пироуглеродом термоградиентным методом, после чего производят механическую обработку ранее механически необработанных участков детали.

Признаки заявляемого способа, отличительные от прототипа, - сначала формируют каркасы закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки - по соответствующей форме формообразующей оправке - слоев ткани с отбортовкой их на фланцевый участок, насыщают закладные элементы пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок слои ткани ненасыщенными пироуглеродом, проводят механическую обработку насыщенного пироуглеродом участка закладных элементов, после чего формируют каркас основной части детали на формообразующей оправке, последовательно вшивая в него ненасыщенные пироуглеродом слои ткани установленных в формообразующую оправку закладных элементов с последующим насыщением каркаса основной части детали пироуглеродом термоградиентным методом, после чего производят механическую обработку ранее механически необработанных участков детали.

Формирование каркасов закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки - по соответствующей форме формообразующей оправки - слоев ткани с отбортовкой их на фланцевый участок и их насыщение пироуглеродом термоградиентным методом так, что отбортованные на фланцевый участок слои ткани остаются ненасыщенными пироуглеродом, создают условия для соединения закладных элементов с основной деталью в единую монолитную конструкцию.

Осуществление механической обработки насыщенного пироуглеродом участка закладных элементов позволяет сделать это на простом оборудовании (токарном станке) и тем самым исключить необходимость в ее проведении тогда, когда деталь приобретает сложный профиль и для ее механической обработки требуется сложное оборудование (координатно-расточной станок).

Формирование каркаса основной части детали на формообразующей оправке с последовательным вшиванием в него ненасыщенных пироуглеродом слоев, установленных в формообразующую оправку, закладных элементов позволяет соединить в единое целое части детали.

Насыщение каркаса основной части детали с вшитыми в него присоединительными участками закладных элементов позволяет завершить процесс монолитизации объединенной в единое целое детали.

Осуществление механической обработки ранее механически необработанных участков детали позволяет завершить процесс подготовки детали к герметизации.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность произвести максимальную подготовку детали сложного профиля с выступающими частями к герметизации, а именно: обеспечить путем механической обработки ровную поверхность, используя для этого простое оборудование и простейшую операцию механической обработки (токарную обработку), а также получить УУКМ с максимально возможной для данного материала плотностью.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность изготовления деталей из УУКМ с выступающими частями, максимально подготовленных к герметизации, без усложнения технологии их изготовления.

Поставленная задача также была решена за счет того, что в известном устройстве для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части детали, содержащем оправку-нагреватель и токоподводы к ней, оправка-нагреватель предназначена для размещения на ней основного участка каркаса закладного элемента, а для размещения фланцевого участка каркаса закладного элемента устройство дополнительно снабжено формообразующей оправкой, не являющейся нагревателем.

Признаки заявляемого устройства, отличительные от прототипа, - оправка-нагреватель предназначена для размещения на ней основного участка каркаса закладного элемента; для размещения фланцевого участка каркаса закладного элемента устройство дополнительно снабжено формообразующей оправкой, не являющейся нагревателем.

Размещение на оправке-нагревателе основного участка каркаса позволяет произвести нагрев.

Дополнительное снабжение устройства формообразующей оправкой для размещения фланцевого участка каркаса закладного элемента позволяет придать форму последнему, в том числе в месте перехода на фланец, которое за счет распространения тепла по формообразующей оправке становится жестким из-за частичного уплотнения его пироуглеродом.

Выполнение оправки под фланцевый участок каркаса закладного элемента не в виде оправки-нагревателя, а только как формообразующей, обеспечивает возможность образования по длине фланцевого участка значительной величины градиента температур (≥30 град/мм), т.к. передача тепла от оправки-нагревателя к фланцевому участку осуществляется только за счет теплопроводности материала формообразующей оправки и материала фланцевого участка каркаса.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность обеспечить нагрев до температуры пиролиза метана на основном участке каркаса и в то же время исключить нагрев до этой температуры на фланцевом участке каркаса закладного элемента, по крайней мере, на большей части его длины.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность насыщения каркасов закладных элементов выступающих частей детали (в форме трубы или пластины с фланцами) таким образом, что большая часть фланцевого участка остается ненасыщенной пироуглеродом. Это позволяет соединить закладной элемент с основной частью детали путем вшивания присоединительных участков в каркас основной части детали и их монолитизации за счет уплотнения пироуглеродом. В то же время это позволяет провести мехобработку насыщенного пироуглеродом участка закладных элементов на простом оборудовании и исключить необходимость более сложной мехобработки выступающих частей на стадии завершения изготовления детали. Тем самым упрощается способ ее изготовления.

Изобретения поясняются примерами выполнения и чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид конструкции детали внутреннего устройства в виде поддона, входящего в тепловой узел установки для выращивания монокристаллов кремния по методу Чохральского.

На фиг.2 - общий вид конструкции корпусной детали газоочистительного устройства.

На фиг.3 - схема садки на насыщение каркасов закладных элементов в форме втулок.

На фиг.4 - схема садки на насыщение закладных элементов в форме уголков.

На фиг.5 - схема формирования каркаса поддона.

На чертежах показаны:

1 - каркас основной части детали;

2 - выступающие части детали, являющиеся закладными элементами;

2а - насыщенный пироуглеродом и механически обработанный участок каркаса закладного элемента;

2б - фланцевый (присоединительный) участок каркаса закладного элемента;

3 - оправка-нагреватель;

4 - формообразующая оправка для формирования фланцевого участка каркаса закладного элемента;

5 - формообразующая оправка для формирования и насыщения пироуглеродом каркаса основной части детали;

6 - токоподводы.

Деталь внутреннего устройства аппарата, например поддон, входящий в тепловой узел установки для выращивания монокристаллов кремния по методу Чохральского, выполнен неразъемной, монолитной (неклееной и несварной) конструкции в виде чаши 1, снабженной втулками 2, и изготовлен из неметаллического материала, а именно: углерод-углеродного композиционного материала на основе каркаса тканевыкладочной прошивной структуры. При этом в предпочтительном варианте поддон изготовлен из УУКМ, подвергнутого герметизации термостойким материалом, а именно: пироуглеродом.

Через центральную втулку 2 поддона проходит шток, на котором закреплена чаша с кремнием (на фиг.1 не показаны).

Через периферийные втулки 2 поддона проходят токоподводы к нагревателю (на фиг.1 не показаны).

Поддон работает следующим образом.

При аварийном проливе расплава кремния он собирается в поддоне. Благодаря наличию в нем втулок исключается попадание расплава кремния на шток и токоподводы к нагревателю (на фиг. не показаны).

Благодаря изготовлению поддона из УУКМ, подвергнутого герметизации термостойким материалом, расплав кремния не протекает на металлическое днище ростовой установки; в противном случае расплав кремния прожег бы его.

После затвердевания собранного в поддоне расплава кремния полученный при этом слиток кремния удаляли из поддона слесарным способом. Благодаря прочности соединения втулок 2 с чашей 1 сохраняется монолитность конструкции даже после многократного пролива расплава кремния.

Корпусная деталь газоочистного устройства выполнена неразъемной, монолитной конструкции в виде трубы 1 (основная часть детали), снабженной 3-мя патрубками 2 (выступающие части детали) и изготовленной из неметаллического материала, а именно: УУКМ на основе каркаса тканевыкладочно-прошивной структуры. При этом в предпочтительном варианте устройство изготовлено из УУКМ, подвергнутого герметизации термостойким материалом, а именно: пироуглеродом.

Устройство работает следующим образом.

По центральной трубе 1 поступает на газоочистку смесь газов, таких как SO3, SO2, HF, HSiF и т.п. По патрубкам 2 подается внутрь трубы 1 вода.

Наружная поверхность материала устройства находится в прямом контакте с атмосферой цеха, т.е. устройство представляет собой корпусную деталь. Другими словами: основным требованием, предъявляемым к детали, является исключение попадания вредных веществ в рабочую атмосферу цеха.

Температура газов внутри устройства равна 250°C; избыточное давление внутри трубы 1-400 мм вод.ст.

При контакте газов с водой образуется смесь кислот, которая утилизируется в другом устройстве.

Таким образом, УУКМ устройства газоочистки подвергается химической коррозии и работает под небольшим избыточным давлением. Заявляемое конструктивное исполнение устройства позволяет исключить попадание вредных веществ в атмосферу цеха, а также обеспечивает высокий ресурс работы (а именно: более 10 лет непрерывной работы без потери его герметичности).

Детали заявляемой конструкции изготавливают следующим образом.

Сначала формируют каркасы закладных элементов 2 в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки - по соответствующей форме формообразующей оправки 3, 4 (фиг.3, 4) - слоев ткани с отбортовкой их на фланцевый участок 2б. Затем каркасы закладных элементов 2 насыщают пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок 2б слои ткани, ненасыщенные пироуглеродом (для этого осуществляют их нагрев до температуры, не превышающей температуру пиролиза углеродсодержащего газа).

Затем проводят мехобработку насыщенного пироуглеродом участка 26 закладных элементов 2. После этого закладные элементы 2 устанавливают в формообразующую оправку 5 (фиг.5), предназначенную для формирования каркаса основной части 1 детали.

Затем формируют каркас основной части 1 детали на формообразующей оправке 5, последовательно вшивая в него ненасыщенные пироуглеродом слои ткани 2б закладных элементов 2.

После этого каркас основной части 1 детали насыщают пироуглеродом термоградиентным методом.

Затем производят механическую обработку ранее механически необработанных участков детали.

Ниже, со ссылкой на чертежи (фиг.3, 5), приведен пример конкретного выполнения способа изготовления поддона, предназначенного для предохранения от прогара днища установки для выращивания монокристаллов кремния при аварийном проливе расплава кремния.

Сначала формировали из ткани Урал-ТМ-4/22 закладные элементы 2 в форме трубы с фланцами. При этом фланцевые участки 2б каркасов выполняли путем отбортовки слоев ткани с цилиндрического участка.

Затем каркасы закладных элементов (втулок) 2 насыщали пироуглеродом термоградиентным методом с применением устройства, приведенного на фиг.3.

При насыщении пироуглеродом в качестве рабочего газа использовали сетевой газ с содержанием метана ~98%.

Нагрев каркасов закладных элементов до температуры пиролиза метана осуществляли путем пропускания тока по оправке, формирующей их цилиндрические участки, при этом по оправкам (в виде диска), формирующим фланцевые участки каркасов, ток не проходил, в результате чего их нагрев осуществлялся лишь за счет теплопроводности (т.е. естественно до меньших температур, чем температура цилиндрических участков закладных элементов). В результате цилиндрические участки 2а каркасов насыщались пироуглеродом, в то время как фланцевые участки 2б оставались ненасыщенными пироуглеродом.

Затем цилиндрические участки 2а закладных элементов (втулок) 2 механически обрабатывали на токарном станке. После этого закладные элементы (втулки) 2 устанавливали в отверстия формообразующей оправки 5 (фиг.5).

Затем из ткани Урал-ТМ-4/22 формировали каркас основной части 1 поддона, представляющий собой чашу.

При формировании каркаса чаши (основной части 1 поддона) ненасыщенные пироуглеродом слои ткани 2б закладных элементов (втулок) 2 последовательно вшивали в каркас донного участка чаши 1.

После этого каркас чаши 1 с установленными в него через отверстия в формообразующей оправке 5 закладными элементами (втулками) 2 насыщали пироуглеродом термоградиентным методом. Насыщение каркаса чаши пироуглеродом термоградиентным методом проводили по способу и с применением устройства, приведенных в патенте РФ №2229437 от 27.05.2004 г.

Затем проводили мехобработку ранее механически необработанных участков поддона, а именно: удаляли мехобработкой формообразующую оправку 5, после чего механически обрабатывали внутреннюю и наружную поверхности поддона. Мехобработку проводили на токарном или карусельном станке.

Мехобработку закладных втулок 2 не требовалось проводить, т.к. она была осуществлена ранее. В противном случае пришлось бы проводить мехобработку на координатно-расточном станке и это было бы более трудоемко. После мехобработки поддон был готов к операции герметизации в соответствии с пат. РФ №2186726 от 10.08.2002 г.

Для изготовления закладных элементов с ненасыщенными пироуглеродом присоединительными к основной части детали участками предложено следующее устройство.

Устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части детали (фиг.3, 4), содержит оправку-нагреватель 3, на которой размещается предназначенный для насыщения пироуглеродом участок 2а каркаса закладного элемента, и токоподводы 6. Кроме того, устройство снабжено формообразующей оправкой 4 для размещения на ней фланцевого участка 2б каркаса закладного элемента, при этом формообразующая оправка 4 не является нагревателем.

Устройство работает следующим образом.

На формообразующей оправке, состоящей из оправки-нагревателя 3 и оправки 4, формируется из ткани Урал-ТМ-4/22 каркас закладного элемента 2.

Сформированный каркас закладного элемента 2 (а если позволяет высота установки, то несколько каркасов) устанавливают между токоподводами 6 установки газофазного уплотнения пироуглеродом (установка на фиг.3, 4 не показана). При подаче тока на оправку-нагреватель 3 она нагревается. Благодаря низкой теплопроводности материала каркаса и подачи со стороны его наружной поверхности холодного сетевого газа (с содержанием в нем метана ~98%) устанавливается градиент температур по толщине участка 2а закладного элемента. Указанный участок 2а насыщается пироуглеродом при передвижении зоны пиролиза по его толщине с температурой в зоне 980±20°C.

Что касается формообразующей оправки 4, то при подаче тока на токоподводы 6 он (ток) не проходит по оправке 4. Поэтому нагрев ее и расположенного на ней фланцевого участка 2б каркаса закладного элемента осуществляется лишь за счет теплопроводности материала формообразующей оправки 4 и расположенного на ней фланцевого участка 2б каркаса закладного элемента.

В результате на большей части длины фланцевого участка 2б закладного элемента устанавливается температура ниже температуры пиролиза метана (т.е. менее 700°C) и поэтому он (фланцевый участок) не насыщается пироуглеродом за исключением зоны, прилегающей к оправке-нагревателю 3.

1. Корпусная деталь или деталь внутреннего устройства аппарата, снабженная выступающими частями, выполненная неразъемной конструкции и изготовленная из неметаллического материала, отличающаяся тем, что она выполнена монолитной конструкции, а в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал на основе каркаса тканепрошивной структуры.

2. Деталь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неметаллического материала использован углерод-углеродный композиционный материал, подвергнутый герметизации пироуглеродом.

3. Способ изготовления корпусной детали или детали внутреннего устройства аппарата, снабженной выступающими частями, включающий последовательное формирование тканепрошивных каркасов отдельных частей детали и последовательную их монолитизацию путем уплотнения пироуглеродом термоградиентным методом с объединением их через присоединительный ненасыщенный пироуглеродом участок одного из каркасов в единую конструкцию, отличающийся тем, что сначала формируют каркасы закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки - по соответствующей форме формообразующей оправки - слоев ткани с отбортовкой их на фланцевый участок, насыщают закладные элементы пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок слои ткани ненасыщенными пироуглеродом, проводят механическую обработку насыщенного пироуглеродом участка закладных элементов, после чего формируют каркас основной части детали на формообразующей оправке, последовательно вшивая в него ненасыщенные пироуглеродом слои ткани установленных в формообразующую оправку закладных элементов с последующим насыщением каркаса основной части детали пироуглеродом термоградиентным методом, после чего производят механическую обработку ранее механически необработанных участков детали.

4. Устройство для формирования и насыщения пироуглеродом каркасов закладных элементов, образующих выступающие части детали, содержащее оправку-нагреватель и токоподводы к ней, отличающееся тем, что в нем оправка-нагреватель предназначена для размещения на ней основного участка каркаса закладного элемента, а для размещения фланцевого участка каркаса закладного элемента устройство дополнительно снабжено формообразующей оправкой, не являющейся нагревателем.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения, которые могут быть использованы в авиационных, автомобильных и железнодорожных тормозных системах.
Изобретение относится к изделиям скользящего контактного токосъема, в частности к токосъемным вставкам для железнодорожного и городского электротранспорта и технологии ее получения.

Изобретение относится к нанесению покрытий для защиты от окисления деталей из термоструктурных композитных материалов, содержащих углерод. Для получения самовосстанавливающегося слоя на детали из композитного материала на деталь наносят композицию, содержащую: суспензию коллоидного диоксида кремния, бор или соединение бора в виде порошка, карбид кремния в виде порошка, кремний в виде порошка и по меньшей мере один сверхжаропрочный оксид: Y2O3, HfO2, Al2O3, ZrO2.

Изобретение относится к изготовлению сопла или диффузора сопла из композитного материала. Техническим результатом изобретения является повышение прочности изделий.

Изобретение относится к области изготовления заготовок из композиционных углерод-углеродных материалов и предназначено для изготовления фрикционных элементов тормозных дисков для авиационной техники и наземного транспорта.

Изобретение относится к области изготовления фрикционных углерод-углеродных материалов и изделий из углеродистой волокнистой массы в смеси с порошкообразным связующим, в частности к пресс-пакетам, из которых формируются эти материалы и/или изделия.

Изобретение относится к модифицированию поверхности неорганического волокна путем формирования высокоразвитой поверхности неорганического волокна, используемого в качестве наполнителя, за счет формирования на волокнах углеродных наноструктур (УНС) и может найти применение в производстве высокопрочных и износостойких волокнистых композиционных материалов.

Изобретение относится к области изготовления фрикционных изделий, в частности изделий для фрикционного торможения, таких как авиационные тормоза. .

Изобретение относится к области техники фрикционных материалов, например дисков фрикционного тормоза для летательных аппаратов. .

Изобретение относится к композиционному материалу, содержащему частицы алмаза карбида бора и карбида кремния, и может быть использовано в качестве брони, инструментов для резки, сверления и механической обработки, а также в применениях, где происходит абразивный износ.
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности, а также в авиатехнике для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности форсунок, тиглей, деталей тепловых узлов, высокотемпературных турбин и летательных аппаратов, испытывающих значительные механические нагрузки при эксплуатации.
Изобретение относится к изделиям скользящего контактного токосъема, в частности к токосъемным вставкам для железнодорожного и городского электротранспорта и технологии ее получения.

Изобретение относится к эрозионностойким теплозащитным композиционным материалам и может быть использовано для создания деталей защиты поверхностей гиперзвуковых спускаемых аппаратов (ГСА).

Изобретение относится к области изделий из композиционных материалов. В соответствии с заявленным способом на углеродную заготовку наносят гальваническое покрытие из карбидообразующего металла или сплава металлов и выполняют термообработку в вакууме или защитной газовой среде с карбидизацией гальванического покрытия.
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Изобретение может быть использовано при получении конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, для химической, нефтехимической, химико-металлургической промышленности и авиатехники.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности, а также в авиатехнике для изготовления конструкционных материалов, подвергающихся воздействию агрессивных сред и механическим нагрузкам.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности, а также в авиатехнике для получения конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в электротехнике. Во внутренней полости емкости 3 размещают водяную суспензию, содержащую, об.%: частицы кокса 4 с размерами 1-8 мкм - 50-70%; остальное - вода.

Изобретение относится к способу понижения содержания углерода в золе из топки, включающему операцию нагревания в топке ископаемого топлива в присутствии присадки - улучшителя топлива, в составе которой преобладают оксид железа и диоксид кремния.
Наверх