Устройство для импульсного пиролитического насыщения пористых заготовок

Полезная модель относится к устройству для пиролитического насыщения пористых углеродных заготовок и может быть использована при получении углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ) с пониженной плотностью и высокой прочностью, в частности, заготовок на основе терморасширенного графита. Устройство для импульсного пиролитического насыщения пористых заготовок, включающее смеситель насыщающих газов, печь с реактором, впускной, выпускной и контрольный клапаны, установленные, соответственно, на входе и выходе из печи и на входе в смеситель, контроллер, датчики давления и ресивер, дополнительно содержит фильтр, установленный между реактором и выпускным клапаном, при этом все клапаны соединены с контроллером и датчиками давления с обеспечением автоматического переключения клапанов.

Полезная модель относится к устройству для пиролитического насыщения пористых углеродных заготовок и может быть использована при получении углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ) с пониженной плотностью и высокой прочностью, в частности, заготовок на основе терморасширенного графита.

Известно устройство для импульсного пиролитического насыщения пористых заготовок, включающее смеситель насыщающих газов, печь с реактором, впускной, выпускной и контрольный клапаны, датчики давления и ресивер, причем контрольный датчик соединен с контроллером и одним из датчиков давления (см. JP 6-145984).

Недостаткам данного устройства является то, что при термическом расщеплении насыщающего газа, например, метана, углерод не связавшийся материалом пористой заготовки, выделяется в виде мелкодисперсной сажи, попадает в трубопровод устройства, что приводит к сбоям в работе устройства, частым поломкам, соответственно, снижается производительность получения композитных материалов.

Задачей полезной модели является устранение недостатков известного технического решения.

Поставленная задача решается тем, что устройство для импульсного пиролитического насыщения пористых заготовок, включающее смеситель насыщающих газов, печь с реактором, впускной, выпускной и контрольный клапаны, установленные, соответственно, на входе и выходе из печи и на входе в смеситель, контроллер, датчики давления и ресивер, дополнительно содержит фильтр, установленный между реактором и выпускным клапаном, при этом все клапаны соединены с контроллером и датчиками давления с обеспечением автоматического переключения клапанов.

На фиг.1 представлена аппаратная схема устройства

На фиг.2 представлена циклограмма работы клапанов и характер изменения давления в различных точках устройства в режиме автоматического импульсного пиролиза.

Позиции на фиг.1 и 2 означают следующее:

Исходное графитовое полотно подвергается раскрою на заготовки требуемого размера и формы.

Устройство работает следующим образом.

При укладке заготовки помещаются в центральную зону реактора, расположенную в зоне действия нагревателя печи (1) и укладываются в полость реактора пиролиза (2), представляющего собой кварцевый цилиндр 68×4 мм, длиной 1000 мм.

Насыщение пироуглеродом находящихся в реакторе графитовых матриц в цикле импульсного пиролиза под управлением контроллера осуществляется следующим образом:

- при том условии, что впускной клапан (3) закрыт, на время, необходимое для заполнения метаном смесительной камеры (4) до рабочего давления Р2 (5), открывается контрольный клапан (6), объемная скорость натекания метана регулируется настойкой дросселя (7);

- открывается впускной клапан (3), и из смесительной емкости (4) в находящийся под вакуумом реактор (2) за время t ₁ вбрасывается метан, после чего впускной клапан (3) закрывается;

- благодаря возникшей разнице давлений в объеме реактора и в порах графитовых матриц (давление в порах существенно меньше) метан устремляется в поры матриц, где

при высокой температуре подвергается пиролизу, разлагаясь на углерод и водород согласно уравнению CH₄C+2Н₂;

- выделяющийся углерод, осаждаясь в порах, связывается с графитовой матрицей, водород из пор диффундирует в объем реактора;

- по истечении времени t₂, отведенного в цикле импульсного пиролиза на реакцию разложения метана, открывается выпускной клапан (8), и газовая фаза из реактора сбрасывается в ресивер (9);

- из ресивера газообразные продукты непрерывно работающим вакуумным насосом (10) удаляются в трубопровод технологической вентиляции (11) (благодаря этому давление в ресивере постоянно поддерживается на низком уровне), откуда после разбавления воздухом в соотношении 1:100000 сбрасываются в атмосферу;

- давление в объеме реактора падает, и под действием градиента Р поры матриц принудительно освобождаются от реакционных газов и тем подготавливаются к заполнению метаном в следующем цикле;

- по завершении периода единичного цикла, с момента t₃, в изложенном выше порядке импульсный пиролиз многократно повторяется в течение заданного времени t;

- при истечении t контроллер (12) автоматически переходит в режим «ручное управление» (все электромагнитные клапаны закрываются) и выдается сигнал «пиролиз окончен».

Помимо пор углеродной матрицы термическое расщепление метана частично происходит так же в объеме нагретой части реактора, свободной от материала заготовки. В этом случае углерод не связывается материалом матрицы, а выделяется в виде мелкодисперсной сажи. В процессе пиролиза сажа улавливается фильтром (13), предотвращающим ее вынос в вакуумный насос и далее в атмосферу.

По завершении пиролиза из полостей установки удаляются оставшийся метан и реакционные газы.

Для этого:

- перекрывается кран (14) линии подачи метана и азота (15);

- при закрытой линии подачи метана электромагнитные клапаны пневматической системы переводятся в состояние «открыто»;

- по завершении откачки пневматической системы датчик давления (16) и (3), P1 и Р2 принимают значения, равные нулю, все электромагнитные клапаны возвращаются в состояние «закрыто».

Предложенное устройство обеспечивает автоматизацию процесса пиролитического насыщения пористых углеродных заготовок, а также их бесперебойную работу в течение длительного времени.

Устройство для импульсного пиролитического насыщения пористых заготовок, включающее смеситель насыщающих газов, печь с реактором, впускной, выпускной и контрольный клапаны, установленные соответственно на входе и выходе из печи и на входе в смеситель, контроллер, датчики давления и ресивер, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фильтр, установленный между реактором и выпускным клапаном, при этом все клапаны соединены с контроллером и датчиками давления с обеспечением автоматического переключения клапанов.