一种碳化硅纤维覆铝增强工艺用熔炉设备的制作方法

本技术涉及无机复合材料设备领域，特别是涉及一种碳化硅纤维覆铝增强工艺用熔炉设备。

背景技术：

1、碳化硅增强铝基复合材料中增强体sic的体积分数越大，热导率越高、热膨胀系数越小，同时具有比强度和比刚度高、密度低、耐磨、耐疲劳以及尺寸稳定性性能更好。为了让铝与碳化硅纤维充分融合会用到高温熔炉，纤维在熔融铝内部穿过，经过超声波辅助，使纤维间隙充分接触铝液，再进行冷却收丝。

2、而现在常规熔炉具有如下三个缺陷：

3、1、仅适用于直径较大的纤维，如碳纤维，而碳化硅纤维相比与其它纤维强度低、脆性高、丝束细，因此通过常规熔炉坩埚上的走丝孔的孔径尺寸相较与碳化硅纤维的外径过大，导致铝溶液外溢，铝溶液冷却后容易堵塞走丝孔，一方面，造成浪费原料，另一方面，造成出丝时碳化硅纤维上铝液厚薄不均，导致碳化硅纤维上部分铝层偏薄，部分铝层过多形成瘤状结；

4、2、由于高温和铝液对超声波发射头有侵蚀作用，使得超声波频率随时间衰减，而超声波发射头更换成本较高，操作复杂，降低了生产效率，增加了使用成本。

5、3、现有的熔炉无封闭气氛保护，当空气粉尘进入熔炉后，造成铝液中杂质增多，铝液表面起皮有浮渣，杂质附着在碳化硅纤维上严重影响产品性能，造成原料的浪费，而人工去浮渣有倾覆熔炉的风险，效率低，还容易碰伤纤维。

技术实现思路

1、本实用新型解决现有技术的不足而提供一种针对碳化硅纤维特性、实现碳化硅纤维与铝基良好结合的碳化硅纤维覆铝增强工艺用熔炉设备。

2、为实现上述目的，本实用新型首先提出了一种碳化硅纤维覆铝增强工艺用熔炉设备，包括熔炉壳体、熔炉盖板、保温层、发热体、坩埚和超声波发生机构，所述超声波发生机构设置在坩埚内，所述熔炉壳体内设置有顶部开口的加热腔室，所述熔炉壳体的加热腔室内固定有发热体，所述熔炉壳体在加热腔室外填充有保温层，所述熔炉壳体与保温层之间设有间隙形成隔离腔，所述坩埚可拆卸式的安装在熔炉壳体的加热腔室内，通过发热体对坩埚内加入的铝锭进行加热，保持坩埚内铝液温度；熔炉壳体的顶部设置有可启闭的、密封隔离腔、加热腔室以及坩埚顶部开口的熔炉盖板；通过熔炉盖板将坩埚、隔离腔同时密封，可有效防止外部灰尘进入熔炉设备中，防止铝液杂质影响纤维涂覆铝层质量，所述隔离腔的下侧设有氮气进气管，隔离腔通过导气管与坩埚内腔连通，坩埚设有坩埚出气管与烟气处理装置连通，熔炉壳体、保温层以及坩埚上在同等高度处对应设置有与碳化硅纤维大小相匹配的、供碳化硅纤维进出的进丝口和出丝口。

3、采用上述结构，本装置通过氮气进气管向熔炉壳体的隔离腔通入氮气、氮气通过熔炉壳体的隔离腔内预热后进入坩埚内，一方面，通过隔离腔内的余热对氮气进行预热，回收发热体的部分加热能耗；另一方面，隔离腔内的氮气，可有效降低炉壳温度，避免设备表面温度过高，避免烫伤；当碳化硅纤维从坩埚出丝口出来后通过高纯氮气，纤维表面快速降温冷却凝固，避免铝液在纤维上流动聚集，可保证铝液覆盖均匀，同时由于熔炉壳体、保温层以及坩埚的进丝口和出丝口与碳化硅纤维大小相匹配，这样保证整个装置更好的适应碳化硅纤维的覆铝增强工艺，实现碳化硅纤维与铝基良好结合。

4、本实施方式中，所述熔炉壳体上设有壳体进丝口和壳体出丝口，壳体进丝口和壳体出丝口内设有调节孔洞大小的调节装置，所述调节装置为采用耐高温材料制作而成的可变光阑，所述可变光阑的光圈孔作为壳体进丝口和壳体出丝口。通过调节装置，在初始状态时，通过调节装置将壳体进、出丝口调大，从而方便将碳化硅纤维依次穿入熔炉壳体、坩埚后，再从坩埚和熔炉壳体另一侧穿出，在工作状态时，通过调节装置将壳体进、出丝口调小到与碳化硅纤维大小相匹配，这样可以防止隔离腔内氮气及热量通过壳体进、出丝口流失。

5、本实施方式中，所述坩埚上设有坩埚进丝口和坩埚出丝口，所述坩埚的坩埚进丝口和坩埚出丝口均为进口大、出口小的喇叭型，所述坩埚进丝口和坩埚出丝口的内内壁光滑。进口大方便碳化硅纤维进入坩埚，出口小可将碳化硅纤维收拢成束，防止引起摩擦毛丝等问题；而且由于该进出口喇叭口型设置，可有效防止纤维涂覆铝液过程中纤维跑动问题，并且可以将碳化硅纤维外携带的多余的铝液刮落，防止多余的铝液外流。

6、本实施方式中，超声波发生机构包括超声波发生杆和直线升降机构，所述直线升降机构包括丝杆传动机构和带动丝杆传动机构运行的电机，所述直线升降机构安装在熔炉盖板上，并且直线升降机构远离加热腔室，所述直线升降机构的活动端沿竖直方向移动，所述直线升降机构的活动端上固定有发生器固定板，超声波发生杆竖直固定在发生器固定板上，所述熔炉盖板上设置有供超声波发生杆穿过的通孔，所述超声波发生杆密封滑动连接在熔炉盖板的通孔内。在使用过程中，直线升降机构带动超声波发生杆以及超声波探头下降伸入铝液内、碳化硅纤维的上方，通过超声波探头控制超声波定向发散，将能量集中输出到碳化硅纤维上，停止工作后，直线升降机构带动超声波发生杆及探头脱离铝液。

7、本实施方式中，所述超声波发生杆上、在超声波探头外可拆卸安装有探头保护壳，通过探头保护壳，能有效保护超声波发生装置受铝液侵蚀损坏，减少装置生产超声波发生器更换成本。

8、本实施方式中，所述加热腔室、在发热体的上方安装有坩埚支撑板，坩埚支撑板上固定有多个坩埚限位块，多个坩埚限位块围合形成与坩埚底部大小相匹配的限位区，所述坩埚安装在坩埚支撑板上，并且通过坩埚限位块限制坩埚水平面上的移动。坩埚限位块保证坩埚放置位置居中，避免坩埚放偏，导致超声波发生杆向下运动时撞到坩埚，规避坩埚倾翻风险，坩埚支撑板，用于支撑坩埚，防止坩埚直接放在发热体上，发热体局部受力而压坏发热体。

9、本实施方式中，所述熔炉盖板上设置有坩埚压力传感器、壳体压力传感器、铝液温度传感器、隔离腔出气孔、坩埚进气孔和坩埚出气孔，当熔炉盖板安装在熔炉壳体上后，所述坩埚压力传感器的检测端置于坩埚上方，铝液温度传感器的检测端置于坩埚内且与坩埚内的铝液接触，所述壳体压力传感器的检测端置于隔离层内，所述隔离腔出气孔置于隔离腔的顶部，所述坩埚进气孔和坩埚出气孔设置在坩埚开口正上方，所述熔炉盖板上安装有导气管将隔离腔出气孔与坩埚进气孔导通，所述熔炉盖板在坩埚出气孔上安装有坩埚出气管，所述坩埚出气管上安装有出气电磁阀，所述导气管上安装有第二进气电磁阀，所述坩埚出气管将坩埚与烟气处理装置连通，熔炉壳体在隔离腔下部设置有用于通入氮气的氮气进气管。

10、本实施方式中，所述氮气进气管上安装有第一进气电磁阀。

11、本实施方式中，还包括控制器，坩埚压力传感器、壳体压力传感器与控制器连接，控制器与第一进气电磁阀、第二进气电磁阀、出气电磁阀连接。通过控制器控制第一进气电磁阀、第二进气电磁阀和出气电磁阀，使得熔炉壳体内压力大于坩埚内压力，保障坩埚内气氛纯粹，提升产品覆铝稳定性，同时保证坩埚内铝液无外流现象，避免进出丝口等无堵塞。

12、综上所述，本装置针对碳化硅纤维特性、实现了碳化硅纤维与铝基良好结合，改善了碳化硅纤维增强铝基复合丝材质量，进一步提高了连续碳化硅纤维增强铝基复合丝材的生产。