專利名稱：用于多孔材料致密化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對具有理想高生產(chǎn)率的多孔制品進(jìn)行致密化，特別是 但不必只是關(guān)于例如飛行器制動器的摩擦制動制品領(lǐng)域中的多孔制
背景技術(shù)：
在摩擦材料的領(lǐng)域，通常公知的是使用多孔材料基質(zhì)以制造摩擦 構(gòu)件，例如摩擦制動盤。
這種摩擦構(gòu)件的制造通常以多孔預(yù)制件的構(gòu)造作為開始。例如， 在很多摩擦制動器應(yīng)用中使用環(huán)狀預(yù)制件。能夠使用若干不同的已知 方法構(gòu)造環(huán)狀預(yù)制件。例如，碳纖維織物層能夠縫合在一起，環(huán)狀預(yù) 制件能夠從堆疊材料中切割下來。氧化聚丙烯腈("PAN")纖維或 瀝青基纖維是在這類應(yīng)用中使用的起始纖維的普通例子。隨后，在致 密化之前，這些纖維可以在高溫處理步驟中碳化。
此后，多孔預(yù)制件被致密化。致密化的通常公知的方法使用在多 孔預(yù)制件中沉積的材料的液體前驅(qū)體，以對預(yù)制件進(jìn)行致密化。這種 致密化在本領(lǐng)域中有時稱為"膜狀沸騰(filmboiling)"。
通常，膜狀沸騰致密化包括將多孔預(yù)制件浸入液態(tài)碳?xì)浠衔铮?從而使得液體基本上完全滲透預(yù)制件的孔隙和空隙。此后，浸入的預(yù) 制件被感應(yīng)地加熱至高于液態(tài)碳?xì)浠衔锏姆纸鉁囟鹊臏囟?典型地 為100(TC或者更高，典型地高至大約1400°C)。更加特別地，鄰近感 應(yīng)地加熱的預(yù)制件結(jié)構(gòu)的液態(tài)碳?xì)浠衔镌陬A(yù)制件多孔結(jié)構(gòu)中分離為 不同的氣相物類(species)。這些氣相物類的進(jìn)一步熱分解導(dǎo)致在多孔材料的開放區(qū)域中在內(nèi)表面上形成熱解碳(pyrolitic carbon)。
用于致密化的液體前驅(qū)體的使用例如在美國專利第4 472 454、 5 389 152、 5 397 595、 5 733 611、 5 547 717、 5 981 002以及6 726 962
號中討論。這些文件的各個文件以及每個文件都全部合并于此作為參考。


參考這里所附的附圖，本發(fā)明將可以得到更加清楚的理解，其中 圖1是液體致密化裝置的剖視示意側(cè)視圖2是通常與圖1中所示相對應(yīng)的液體致密化裝置的剖視示意俯 視圖3是多孔制品的示意橫截面視圖，所述多孔制品相對于傳統(tǒng)感 應(yīng)線圈安裝以感應(yīng)地加熱該制品；
圖4是多孔制品的示意橫截面視圖，所述多孔制品相對于根據(jù)本 發(fā)明的感應(yīng)線圈安裝，以感應(yīng)地加熱該制品；
圖5是如圖4中所示的感應(yīng)線圈的一部分的特寫橫截面視圖6是圖4中所示的布置的放大的局部視圖7是圖示用于在本發(fā)明的裝置中安裝多孔制品的布置的示意側(cè) 視圖8是用于多個多孔制品的液體致密化的例示性裝置的示意性立 體圖9是用于多個多孔制品的液體致密化的例示性裝置的示意性橫 截面視圖；以及
圖10-12是致密化的多孔預(yù)制件的X光圖像，用于圖示感應(yīng)加熱 線圈的結(jié)構(gòu)對于致密化的影響。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的典型致密化設(shè)備包括一個或多個反應(yīng)器室(reactor chamber)以及相應(yīng)的感應(yīng)加熱線圈，設(shè)置所述反應(yīng)器室的尺寸并將其 構(gòu)造為在其中支持一個或多個預(yù)制件構(gòu)件，同時基本上浸入選擇的液 體前驅(qū)體。例如，反應(yīng)器室能夠合適地由鋁制成。其它合適的材料是
7非磁性的，非限制性地包括玻璃、不銹鋼、陶瓷或其組合。根據(jù)進(jìn)行 致密化的預(yù)制件的尺寸提供專用內(nèi)總線和線圈。預(yù)制件直徑的典型例
子在從大約IO"到大約25"的范圍內(nèi)，厚度在從15 mm到50 mm的范 圍內(nèi)。特別普通的例子包括15"以及20"直徑的預(yù)制件。
一個或多個反應(yīng)室的每個都具有與待處理的每個預(yù)制件相對應(yīng)的 感應(yīng)加熱線圈。感應(yīng)線圈和被處理的預(yù)制件優(yōu)選地使用化學(xué)上不反應(yīng) 以及熱穩(wěn)定的支架相對于彼此安裝到位，所述支架例如由能夠承受液 態(tài)碳?xì)浠衔锃h(huán)境的非導(dǎo)電玻璃復(fù)合材料(例如在本領(lǐng)域中公知的 "G-10")制成。
感應(yīng)加熱線圈優(yōu)選地為水冷卻扁平螺旋線圈，并且通常由銅金屬 制成。出于這個原因，需要提供專用于感應(yīng)線圈的水冷卻系統(tǒng)的熱交 換器，以下將進(jìn)一步具體討論。在使用中，被致密化的預(yù)制件(或磨 損的制動器)通過直接與感應(yīng)線圈耦合而加熱。
圖1和2是通常根據(jù)本發(fā)明的線圈/反應(yīng)器室100的側(cè)視和俯視示 意圖。對于可選擇地可打開的頂蓋150，提供一個或多個預(yù)制件160 的加載和卸載所需的例如鎖定機(jī)構(gòu)。
每個反應(yīng)器室100 (與所提供的一樣多)與普通前驅(qū)體供給線路 180和到達(dá)冷凝器和熱氧化劑的普通排放線路140連接。通過計算機(jī)控 制系統(tǒng)，每個反應(yīng)器室100能夠被充滿、排空以及監(jiān)測。來自致密化 過程的排放蒸汽被冷凝并反饋至反應(yīng)器，而然后殘余流出氣體優(yōu)選地 被引至傳統(tǒng)熱氧化劑(未示出)并且燃燒。
為了使得預(yù)制件達(dá)到其全密度(full density)，需要預(yù)制件的中心 最初被加熱至高于前驅(qū)體液體的熱解溫度。隨著致密化的進(jìn)行，由于 通過感應(yīng)加熱產(chǎn)生的加熱輪廓(heatingprofile)，致密化從預(yù)制件的中 心部分徑向向外移動。在一個例子中，電源的頻率設(shè)置為(考慮預(yù)制 件的材料特征)提供大致接近預(yù)制件的中心的趨膚深度。隨著預(yù)制件 的中心致密化，響應(yīng)于由致密化引起的預(yù)制件的電特征中的變化，電 源的頻率增加。
現(xiàn)在在下文中討論目前預(yù)期的發(fā)明的特定特征，其在適當(dāng)?shù)牡胤?與膜狀沸騰致密化的傳統(tǒng)方面有區(qū)別。
在一個預(yù)期例子中，在各個反應(yīng)室中的感應(yīng)線圈與相應(yīng)的電源相聯(lián)。適合于這種應(yīng)用的市場上可獲得的電源的例子是Model No. LSP 14-400/30 Lepel感應(yīng)式電源。
來自電源的能量通過具有外部水冷卻網(wǎng)絡(luò)的(根據(jù)給定致密化設(shè) 備的物理布置)定制的銅總線匯流條傳遞至感應(yīng)線圈。
例如，Lepel電源具有遠(yuǎn)程PID循環(huán)控制能力，并且能夠通過計算 機(jī)控制終端進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過己知方法的致密化過程的功率密度、 電壓控制、電流控制、頻率控制以及/或者溫度控制也處于預(yù)期布置的 范圍內(nèi)。
合適的液體前驅(qū)體通過前驅(qū)體存儲罐供給至一個或多個反應(yīng)室。 系統(tǒng)包括傳統(tǒng)流體傳遞系統(tǒng)，用于管理新的(以及舊的)前驅(qū)休液體
(未示出)的輸送。燃料傳遞系統(tǒng)可以包括一個或多個遠(yuǎn)程存儲罐， 用于存儲新的液體前驅(qū)體供給并且可能用于臨時存儲舊的前驅(qū)體液 體。也能夠提供用于新的前驅(qū)體液體的相對較小的本地存儲罐。
根據(jù)本發(fā)明使用的前驅(qū)體液體的一個例子是環(huán)己烷(C6H12)。然 而，根據(jù)前驅(qū)體液體的選擇，嚴(yán)格地作為例子而不是限制，相應(yīng)的沉 積材料可以是任意以下材料碳、碳化硅、氮化硅、碳化碳-硅或者氮 化碳-硅。為了在預(yù)制件中沉積碳，例如，能夠使用諸如環(huán)己烷、正己 烷、苯、甲苯或其組合的碳?xì)浠衔?。能夠使用甲基三氯硅垸、二?基二氯硅垸、以及甲基二氯硅垸、三正甲基氨基硅烷或者其它有機(jī)硅 烷混合物以沉積碳化硅和氮化硅。
此外，能夠選擇前驅(qū)體液體以共同沉積(co-deposit)材料。例如， 通過使用三正甲基氨基或其它硅烷化合物，能夠沉積碳化硅和氮化硅 的混合物。同樣，諸如碳化碳-硅以及氮化碳-硅的共同沉積的材料能夠 與適當(dāng)選擇的前驅(qū)體的混合物一起生產(chǎn)。根據(jù)所需的基體，在基體致 密化中在致密化或者共同沉積的早期階段中，能夠生產(chǎn)碳化硅或氮化 硅界面涂層。
優(yōu)選地，提供充分的液體前驅(qū)體以基本上使得被致密化的預(yù)制件 以及與其相聯(lián)的感應(yīng)加熱線圈浸入。如前面所述，膜狀沸騰過程產(chǎn)生 氣體物類，其最終導(dǎo)致在預(yù)制件多孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上形成熱解碳。優(yōu) 選地，為了過程中可能的再循環(huán)，前驅(qū)體蒸汽被盡可能地收集并冷凝。 仍然殘留的流出氣體優(yōu)選地被傳送至已知配置的熱氧化劑，以將流出
9氣體中的殘余碳?xì)浠衔餆簟?br> 在膜狀沸騰致密化過程中使用的感應(yīng)線圈130的結(jié)構(gòu)對于獲得具 有合適機(jī)械特征(包括摩擦特征)的致密化的預(yù)制件來說非常重要。
例如如圖3中所示，使用由中空銅管(方的或者圓的)構(gòu)造的傳 統(tǒng)扁平線圈會導(dǎo)致與螺旋感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的不需要的"螺旋" 致密化(有時候稱為"鏡像效應(yīng)")。已經(jīng)確定的是，傳統(tǒng)銅管相對 地難于形成(即，彎曲)為扁平線圈，特別是對于保持線圈相鄰線匝 之間的一致間隙來說。而且，保持線圈各線匝之間的一致(并且相對 較小)間隙的愿望使得關(guān)于適當(dāng)?shù)貜澢~管以提供緊密線匝的制造和 結(jié)構(gòu)問題變得不可避免。
圖3的傳統(tǒng)感應(yīng)線圈和圖4的線圈之間的特別差別在于以下事實(shí)
圖3中所示的現(xiàn)有感應(yīng)加熱線圈200由彎曲為需要的線圈形式的方形 或者圓形中空銅管230制成。銅管具有如下兩個功能傳遞用于感應(yīng) 加熱的能量(通過銅金屬)以及通過入口端口 250和出口端口 260傳 送冷卻水。例如，圖3的線圈200具有標(biāo)稱3/4"的間隙以及18"的內(nèi)徑 (ID)范圍和8.5"的外徑(OD)范圍。出于圖示的目的，圖3顯示了 放置在氧化鋁支架220的內(nèi)側(cè)并且由G-10支架270支撐的碳化預(yù)制件 240。
相反，圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱線圈300的例子，其由 例如W'實(shí)心銅板制成，所述銅板被銑削或者以其它方式機(jī)械加工為需 要的線圈形式330，而不用轉(zhuǎn)動或者彎曲為如同圖3中線圈的形狀。優(yōu) 選地，使用高精度機(jī)械加工操作以通過銅板形成線圈，諸如，例如， CNC銑削以及類似操作。中空金屬(例如，銅)水冷卻管335硬焊在 機(jī)械加工的銅線圈330的外(即，與面對使用中的預(yù)制件的側(cè)面相對) 側(cè)面上。只要它能夠承受期望的溫度環(huán)境，硬焊組合物可以是適合于 對銅進(jìn)行硬焊的任何商業(yè)上可獲得的組合物。
因為目前預(yù)期的感應(yīng)線圈使用機(jī)械加工的平整銅板，與彎曲銅管 比較，其能夠以更高的精度(特別關(guān)于線圈的線匝之間的間隙)生產(chǎn)。 此外，機(jī)械加工的銅板并不像彎曲的銅管一樣承受應(yīng)力和應(yīng)變變形。
根據(jù)本發(fā)明的線圈的相鄰線匝之間的間隙基本上一致，并且在大 約4mm至大約8mm之間。
10此外，已經(jīng)觀察到的是，在一些情況下，傳統(tǒng)銅管變得膨脹并且 至少易于破裂(以類似血管動脈瘤的方式)(如果實(shí)際上不發(fā)生破裂)。 試驗性地認(rèn)為，傳統(tǒng)銅管感應(yīng)線圈對于冷卻水來說會變得過熱，以致 于不能適當(dāng)?shù)仳?qū)散熱量。設(shè)想的是，這會使得傳統(tǒng)銅管內(nèi)的冷卻水的 汽化在其中具有不可接受的壓力增加。相信這種壓力會導(dǎo)致膨脹管變 形以及管破裂的增大的風(fēng)險。
考慮到在致密化的過程中線圈浸入液態(tài)碳?xì)浠衔锴膀?qū)體，在致 密化過程中銅管會破裂的可能性不能忽視。如果冷卻水在致密化的過 程中離開線圈(例如，由于管故障)，水會突然變?yōu)檎羝?，其會提?氧的來源。因為在致密化的過程中液態(tài)碳?xì)浠衔锏湫偷匾呀?jīng)高于其 自燃溫度，引入氧的來源會出現(xiàn)爆炸的嚴(yán)重風(fēng)險。
同樣，由銅管制成的現(xiàn)有的感應(yīng)線圈(例如圖3中所示)在徑向 內(nèi)外邊界受到螺旋致密化特征和較弱致密化的不利影響，下面在圖10 和11中能夠看出。
"螺旋致密化"是技術(shù)上承認(rèn)的術(shù)語，其通常指的是非均勻致密 化，特別地特征在于通常圓周的"條紋"區(qū)域，在所述"條紋"區(qū)域 中致密化與鄰近區(qū)域明顯不同。這個問題明顯地涉及線圈設(shè)計中的不 完美，特別是關(guān)于線圈的相鄰線匝之間的間隙距離。將會認(rèn)識到，如 果不認(rèn)真監(jiān)測線圈結(jié)構(gòu)，線圈各線匝之間的間隙可能會導(dǎo)致鄰近預(yù)制 件的不充分加熱。接著這就導(dǎo)致較差的致密化。此外，扁平線圈距離 通常處于固定位置，其并不允許為了深度穿透而進(jìn)行任何調(diào)節(jié)。
圖10和11中所示的預(yù)制件是在膜狀沸騰致密化過程中以傳統(tǒng)銅 管感應(yīng)線圈形成的。在兩幅圖像中，密度偏差的較大的、在圓周上延 伸的區(qū)域是明顯的。特別地，可以注意到密度非常小的區(qū)域(對應(yīng)于 兩個預(yù)制件的大約"10點(diǎn)"位置處的白色區(qū)域)。此外，如前面所述， 例如在預(yù)制件的徑向向外邊界，能夠看到較差的致密化。例如，參見 沿著每個X光掃描的大約底部一半的白色區(qū)域。
圖12是類似類型的X光掃描，其圖示了使用感應(yīng)線圈致密化的預(yù) 制件的致密化，所述感應(yīng)線圈由機(jī)械加工的銅板制成并且具有硬焊至
其上的冷卻水管，如前面參考圖4所述。相對于圖12，圖10和11之 間需要注意的重要特征是在圖12中沒有明顯或突出的圓周延伸的斑點(diǎn)及類似物(不像在圖10和11中)，其表示致密化水平中的較大偏差 以及更特別地表示不需要的低致密化區(qū)域。
在下文中，圖5是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)線圈的一段的橫截面視圖。
冷卻水管400硬焊至用作感應(yīng)加熱線圈的機(jī)械加工的銅線圈402的外 (相對于被致密化的預(yù)制件)側(cè)面。諸如螺栓軸401的安裝卡具可以 固定至冷卻水管400的外部，以將線圈安裝至反應(yīng)室內(nèi)的支架。
如上面所述，根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)室包括至少一個如這里所述的感 應(yīng)加熱線圈，以感應(yīng)加熱鄰近其安裝的預(yù)制件。在典型布置中，提供 成對的線圈，被處理的預(yù)制件安裝在它們之間。
在本領(lǐng)域中公知的是，在致密化之前預(yù)制件通常是軟的并且是易 彎的。因此，在預(yù)制件致密化之前，需要以一種方式相對于感應(yīng)加熱 線圈支持預(yù)制件，以減小彎曲以及其它形式的翹曲或變形。
在一種布置中，可以使用支撐構(gòu)件以將預(yù)制件支持到位。例如， 參見圖6和7。在上述例子中，預(yù)制件通過一個或多個支架530支持到 位，所述支架530例如安裝在安裝感應(yīng)線圈的相同支架上。例如，支 架可以是不反應(yīng)的石英玻璃或氧化鋁圓柱，其具有形成于其中的尺寸 合適且適當(dāng)對準(zhǔn)的凹口。如圖6和7中雙方向徑向延伸的箭頭所示， 能夠調(diào)節(jié)一些支架或者所有支架的徑向(相對于預(yù)制件)位置，以例 如適應(yīng)預(yù)制件相對于加熱線圈的插入，或者以適應(yīng)不同直徑的預(yù)制件。
能夠通過螺栓軸520 (對應(yīng)于圖5中所見的螺栓軸401)的旋入或 旋出調(diào)節(jié)線圈和預(yù)制件之間的距離，以在最初致密化的過程中提供有 效的加熱。感應(yīng)線圈和預(yù)制件之間的這種間距的控制在感應(yīng)加熱的過 程中能夠有助于控制預(yù)制件中的電流集中，從而一方面避免"鏡像效 應(yīng)"或"螺旋"致密化，并且通過并不使得線圈距離預(yù)制件太遠(yuǎn)而增 力口產(chǎn)會g (power yield)。
在下文中，圖8是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)室700的立體圖，三個預(yù)制 件(以及相聯(lián)的感應(yīng)加熱線圈)加載于其中。該圖示嚴(yán)格地作為例子 以圖示多個多孔部分的致密化，具有其它數(shù)量預(yù)制件的其它加載布置 也是可能的。
總的來說，多部分致密化顯示了在至少三部分致密化配置中生產(chǎn) 碳盤的另一方法。在該布置中，液體前驅(qū)體通過端口 710供給至反應(yīng)
12室700。來自電源的能量通過具有外部水冷卻網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)布置的(根據(jù)
給定致密化設(shè)備的物理布置)銅總線匯流條760傳遞至感應(yīng)線圈730。
如上面所述，在致密化的過程中，多孔部分固定并位于扁平線圈
730的中心。例如，Lepd電源具有遠(yuǎn)程PID循環(huán)控制能力，并且能夠 通過計算機(jī)控制終端進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過已知方法的致密化過程的 功率密度、電壓控制、電流控制以及/或者溫度控制也處于預(yù)期布置的 范圍內(nèi)。
液體前驅(qū)體通過本地前驅(qū)體存儲罐供給至一個或多個反應(yīng)室700。 優(yōu)選地，提供充分的液體前驅(qū)體以基本上使得被致密化的一個或多個 預(yù)制件以及與其相聯(lián)的感應(yīng)加熱線圈浸入。膜狀沸騰過程產(chǎn)生氣體物 類，其部分導(dǎo)致在預(yù)制件多孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面i:形成熱解碳。為了過程 中可能的再循環(huán)，前驅(qū)體蒸汽通過排放線路720釋放并且排出至外冷 凝器(未示出)。仍然殘留的流出氣體優(yōu)選地被傳送至熱氧化劑(未 示出)。
在線圈/反應(yīng)器室700的這個例子中，多孔預(yù)制件的加載和卸載例 如需要對前反應(yīng)器蓋板750以及相應(yīng)的外總線連接760進(jìn)行螺栓連接 和拆除螺栓。每個反應(yīng)器室700 (與所提供的一樣多)與普通前驅(qū)體供 給線路和到達(dá)冷凝器和熱氧化劑的普通排放線路720連接。通過計算 機(jī)控制系統(tǒng)，每個反應(yīng)器室能夠被充滿、排空以及監(jiān)測。來自致密化 過程的排放蒸汽被冷凝并反饋至反應(yīng)器，而然后殘余流出氣休被引至 熱氧化劑并且燃燒。
圖9圖示了用于多個多孔部分的液體致密化的另一布置。該圖示 顯示了密封反應(yīng)室800內(nèi)的多個多孔部分870的致密化。由多個多孔 部分870和其間的石墨板860組成的加載堆被預(yù)先裝配。加載堆放置 在陶瓷或電絕緣架890上，在加載和卸載操作的過程中移除爐蓋805。 來自電源的能量通過能量端口 880傳遞至多區(qū)線圈810、 820和830。 通過對于致密化過程的功率密度、電壓控制、電流控制、頻率控制以 及/或者溫度控制，單個PID區(qū)域控制成為可能。
多孔部分870的加熱通過使用例如多區(qū)感應(yīng)線圈810、 820和830 完成，所述多區(qū)感應(yīng)線圈直接耦合至石墨板860。環(huán)狀石墨板860具有 與環(huán)狀多孔部分類似的ID和OD尺寸，環(huán)狀石墨板的厚度在5 mm至25 mm的范圍內(nèi)。
在這種情況下，致密化前鋒(fronts)從與石墨板860接觸的受熱 的預(yù)制件表面開始。液體前驅(qū)體供給至反應(yīng)器室800，液體能夠通過端 口 895被充滿以及排空。液面指示器840在充滿、排空以及致密化的 過程中指示前驅(qū)體流體的液面。提供充分的液體前驅(qū)體以基本上使得 反應(yīng)器室空腔806內(nèi)的加載堆浸入。在致密化的過程中，液體前驅(qū)體 的連續(xù)供應(yīng)也是可能的。
如前面所述，致密化過程產(chǎn)生氣體物類，蒸汽從端口 850釋放并 且出于可能的再循環(huán)的目的引至冷凝器。未被收集的流出氣體被傳送 至熱氧化劑，以將殘余的碳?xì)浠衔餆簟?br> 在加熱線圈的影響下，認(rèn)為相對于相應(yīng)的線圈安裝預(yù)制件可能是 有用的，從而使得預(yù)制件能夠在致密化的過程中繞其中心旋轉(zhuǎn)。例如， 在給定預(yù)制件的中心能夠提供安裝組件，其能夠適當(dāng)?shù)剡B接至位于各 個反應(yīng)室之外的驅(qū)動設(shè)備。根據(jù)目前預(yù)期，預(yù)制件的旋轉(zhuǎn)速率可以為 每分鐘從大約一到大約五轉(zhuǎn)。
根據(jù)預(yù)期的系統(tǒng)，為線圈和/或總線提供不粘的電絕緣涂層會是有 用的，例如環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯，以防止電加載故障或者由預(yù)制件 和線圈和/或總線之間的無意接觸引起的短路。
雖然己經(jīng)根據(jù)認(rèn)為是本發(fā)明的最有用的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了 描述，但應(yīng)特別注意到，這僅僅是作為例子，在所附權(quán)利要求的范圍 內(nèi)，其適當(dāng)?shù)男薷暮妥兓际强赡艿摹?br> 權(quán)利要求
1、一種制造感應(yīng)加熱線圈的方法，包括對金屬板進(jìn)行機(jī)械加工或者銑削，所述金屬板具有相對面對的第一和第二側(cè)面，以限定具有相對面對的第一和第二側(cè)面的螺旋金屬感應(yīng)加熱線圈。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬板是銅板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中機(jī)械加工或者 銑削分別包括計算機(jī)控制的機(jī)械加工或者銑削。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將金屬水冷卻管固定 至螺旋金屬加熱線圈結(jié)構(gòu)的一個側(cè)面，從而遵循螺旋金屬加熱線圈結(jié)
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其對于金屬水冷卻管的固定包括 將金屬水冷卻管硬焊至螺旋金屬加熱線圈結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中金屬水冷卻管的橫截面是矩 形的。
7、 一種感應(yīng)加熱組件，包括 支撐框架；至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈，所述至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈安 裝在支撐框架上并且在通常平行的方向上彼此對準(zhǔn)，該對感應(yīng)加熱線 圈以線圈分離距離彼此隔開；以及電源，所述電源電連接至該對感應(yīng)加熱線圈；其中每個螺旋感應(yīng)加熱線圈由機(jī)械加工的或者銑削的平整金屬板 制成，機(jī)械加工或銑削限定螺旋感應(yīng)加熱線圈的螺旋形式。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中所述至少一對螺旋感應(yīng)加熱 線圈的每個螺旋感應(yīng)加熱線圈具有水冷卻管，所述水冷卻管沿著螺旋感應(yīng)加熱線圈的螺旋形式在螺旋方向上延伸。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其中每個水冷卻管硬焊至各個螺 旋感應(yīng)加熱線圈。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中每個感應(yīng)加熱線 圈在感應(yīng)加熱線圈的相鄰線匝之間具有至多大約0.75英寸的間隙。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中每個感應(yīng)加熱線 圈具有大約25英寸的外徑。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中每個感應(yīng)加熱線 圈具有大約3英寸的內(nèi)徑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中支撐框架由G-10 玻璃材料制成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中每個加熱感應(yīng)線 圈具有一個或多個螺栓頭，所述螺栓頭布置為提供用于在支撐框架上 安裝加熱感應(yīng)線圈的裝置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中用于安裝加熱感應(yīng)線圈的 裝置對于調(diào)節(jié)所述至少一對感應(yīng)加熱線圈之間的空間來說是能夠調(diào)節(jié) 的。
16、 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的組件，其中支撐框架在工件 的邊界處的各個加熱感應(yīng)線圈之間具有用于支撐通過所述至少一對加 熱感應(yīng)線圈加熱的工件的一個或多個支架。
17、 一種在感應(yīng)加熱裝置中對多孔制品進(jìn)行致密化的方法，包括: 將一個或多個多孔制品安裝在一個或多個相應(yīng)的感應(yīng)加熱組件中，每個感應(yīng)加熱組件包括支撐框架；至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈，所述至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈安 裝在支撐框架上并且在通常平行的方向上彼此對準(zhǔn)，該對感應(yīng)加熱線 圈以線圈分離距離彼此隔開；以及電源，所述電源電連接至該對感應(yīng)加熱線圈；其中每個螺旋感應(yīng)加熱線圈由機(jī)械加工的或者銑削的平整金屬板 制成，機(jī)械加工或銑削限定螺旋感應(yīng)加熱線圈的螺旋形式；在液體致密化前驅(qū)體中在反應(yīng)室中將具有安裝在其中的多孔制品 的感應(yīng)加熱組件浸入，從而使得液體前驅(qū)體滲透多孔制品的多孔結(jié)構(gòu)；為所述至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈提供電能，以使得多孔制品被 感應(yīng)加熱至溫度，以使得液體前驅(qū)體熱解并將熱解沉積產(chǎn)品留在多孔 制品的多孔結(jié)構(gòu)中，從而減小多孔制品的多孔結(jié)構(gòu)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多孔制品在致密化之前具 有大約0.2至大約0.5 g/cc之間的最初體積密度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多孔制品在致密化之后具 有大約1.50和大約1.90 g/cc±0.04 g/cc之間的最終體積密度。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括使得多 孔制品繞垂直于所述至少一對螺旋感應(yīng)加熱線圈的軸線旋轉(zhuǎn)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，其中液體前驅(qū)體從 由以下物質(zhì)組成的組中選擇環(huán)戊垸、環(huán)己烯、l-己烯、汽油、甲苯、 甲基環(huán)己烷、正己烷、煤油、加氫脫硫煤油、苯及其組合。
22、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，其中多孔制品感應(yīng) 加熱至大約900。C和大約1500。C之間的溫度。
23、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，其中多孔制品基本 上是圓形的，并且具有不大于該對感應(yīng)加熱線圈直徑的直徑。
24、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，其中提供多個加熱組件。
25、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，其中多個加熱組件 的電源連接至共同的電總線。
26、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，在多孔制品根據(jù)需 要致密化之后進(jìn)一步包括熱處理步驟，所述熱處理步驟包括將前驅(qū)體液體從反應(yīng)器室完全排空，將致密化的多孔制品加熱至大約160(TC和大約2400'C之間的溫 度，同時施加大約760Torr和大約780Torr之間的壓力，并且在熱處理結(jié)束時將施加的加熱溫度斜線降低至零。
27、 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項所述的方法，包括 為感應(yīng)線圈設(shè)置最初頻率和電源，最初頻率和電源在多孔制品的幾何中心區(qū)域有效積累充分的熱量，以使得液體前驅(qū)體蒸汽優(yōu)選地在 位于預(yù)制件的幾何中心區(qū)域中的孔隙中熱解，在最初頻率處為感應(yīng)線圈提供充分的電能，以在基本上對多孔制 品的其它內(nèi)部區(qū)域和外表面進(jìn)行致密化之前對預(yù)制件的幾何中心區(qū)域 進(jìn)行致密化，在對多孔制品的幾何中心區(qū)域進(jìn)行致密化之后，在一個或多個頻 率設(shè)置處為感應(yīng)線圈提供電能，功率電平和頻率設(shè)置有效加熱多孔制 品的內(nèi)部，以使得液體前驅(qū)體蒸汽熱解并優(yōu)選地將熱解產(chǎn)品沉積在位 于鄰近幾何中心區(qū)域的孔隙中，在一個或多個頻率設(shè)置處調(diào)節(jié)供給至感應(yīng)線圈的功率電平，功率 和頻率設(shè)置的數(shù)量有效地逐漸從預(yù)制件的幾何中心區(qū)域向外在徑向方 向?qū)︻A(yù)制件的內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行致密化，并且在致密化過程結(jié)束時將能量逐漸斜線降低至零。全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)加熱裝置，特別是使用液體沉積前驅(qū)體，以對多孔制品進(jìn)行致密化。該感應(yīng)加熱裝置使用感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)線圈由機(jī)械加工的或者銑削的平整金屬板制成，例如銅板，而不用將構(gòu)件(特別是中空構(gòu)件)彎曲為線圈形狀。與傳統(tǒng)彎曲技術(shù)比較，根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)線圈能夠更加準(zhǔn)確并且更加一致地進(jìn)行制造。
文檔編號H05B6/02GK101502168SQ200780029426
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者A·菲永, B·齊默爾曼, K·張 申請人:馬塞爾-布加蒂股份有限公司