Способ изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообменника

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕШ10АККУМУЛИРУЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ТЕПЛООБМЕННИКА путем пропитки графитовой заготовки расплавленным . кремнием, введения в нее сердечника на основе кремния, присоединения крьшки с образованием герметичного корпуса и последующего нанесения на его наружную поверхность плакирующего покрытия из пирокарбида кремния, отли-ч ающий с я тем, что, с целью повьшения качества изготовления, заготовку предварительно перед пропиткой обрабатывают в атмосфере углеводорода при 800-1200 0 в течение 8-12 ч, а после образования герметичного корпуса перед нанесением на него плакирующего покрытия элемент под:вергают термообработке в инертной .среде при 1300-1500 С в течение 1-4 ч. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю (П щ и и с я тем, что до герметизации корпуса в зазор между заготовкой и крьшкой вводят углеродные нити. 00 со о а эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ШЛЮП%

РИХЗЯзЛИН

ОВВ А

-ае а»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (2.1) 3553407/ 24-06 (22) 07.01.83 (46) 30.03.84. Бюл. Ф 12 (72) В.И. Артемьев, Г.И. Бабаянц, А.В. Емяшев, В.Н. Загрязкин, Ю.И. Кошелев, П.П. Кузнецов, Е.А. Лехтблау, В.В. Муравьева, Л.В, Лисовская, В.К. Салищев, В.П, Тарасов и Е.Ф. Филимонов (53) 621.565.58 (088.8) (56) » Авторское свидетельство СССР

Ф 676853, кл. F 28 Р 23/00, 1978..

2. Авторское свидетельство СССР

В 920349, кл. Р 28 Р 23/00, 1979. (54)(57). 1 ° СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

ТЕПЛООБИЕННИКА путем пропитки графитовой заготовки расплавленным кремнием, введения в нее сердечни- . ка на основе кремния, присоединения крышки с образованием герметичного корпуса и последующего нанесения на его наружную поверхность плакирующего покрытия из пирокарбида кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изготовления, заготовку предварительно перед пропиткой обрабаты-вают в атмосфере углеводорода при

800-1200 С в течение 8-12 ч, а после образования герметичного корпуса перед нанесением на него плакирующего покрытия элемент под.вергают термообработке в инертной о ,среде при 1300-1500 С в течение

1-4 ч.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что до герметизации корпуса в зазор между заготовкой и крышкой вводят углеродные нити.

1083068

1

Изобретение относится к производству теплообменной аппаратуры и может быть использовано в энергетической и химической промьппленности при изготовлении высокотемпературных теплоаккумулирующих элементов теплообменника.

Известен способ изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообменника, включающий уплотнение графитовой заготовки корпуса элемента в виде ампулы пироуглеродом, осаждение плакирующего слоя из карбида кремния на внутреннюю поверхность заготовки, заполнение ампулы сердечником из плавящегося вещества на основе кремния и закрытие отверстия ампулы крьппкой (1).

Недостатками способа являются огра. ниченный диапазон рабочих сред и низкие прочность и надежность получаемого теплообменника.

Известен способ изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообменника путем пропитки графитовой заготовки расплавленным кремнием, введения в нее сердечника на основе кремния, присоединения крышки с образованием герметичного корпуса и последующего нанесения на его наруж 30 ную поверхность плакирующего покрытия из пирокарбида кремния I 2 ).

Недостатком известного способа является невысокое качество изготовления.

Цель изобретения — повьппение качества изготовления.

Поставленная цель достигается согласно способу изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообмен40 ника путем пропитки графитовой заго-. товки расплавленным кремнием, введейия в нее сердечника на основе кремния, присоединения крышки с образованием герметичного корпуса и последующего нанесения на его наружную по45 верхность плакирующего покрытия иэ пирокарбида кремния, при котором заготовку предварительно перед пропиткой обрабатывают в атмосфере углеводорода при 800-12000С в течение

8-12 ч, а после образования герметичного корпуса перед нанесением на него плакирующего покрытия элемент подвергают термообработке в инертной среде при 1300-1500 С в течение 1-4 ч. 5 . До герметизации корпуса в зазор между заготовкой и крышкой могут быть введены углеродные нити.

Дополнительная обработка графитовой заготовки корпуса элемента, например, в виде отдельной ампулы и крьппки в атмосфере углеводорода при

800-1200 С в течение 8-12 ч позволяет снизить проницаемость заготовки корпуса и повысить его прочность.

В результате обработки закрываются мелкие сквозные поры диаметром менее

0,01 мкм, которые нельзя закрыть при пропитке кремнием (при образовании карбидографитового корпуса) и нанесением плакирующего слоя нирокарбида кремния. При этом обработка при температуре менее 800 С и времени менее о

8 ч не позволяет существенно снизитьпроницаемость. Обработка при температуре более 1200 С приводит к образованию поверхностного отложения пироуглерода, а не объемного (т.е. отложения внутри riop), что не способствует снижению проницаемости, так как поверхностный слой пироуглерода плохо пропитывается кремнием при последующей операции и отшелушивается, открывая поры, находящиеся под этим слоем.

Ведение процесса обработки заготовки корпуса элемента в атмосфере углеводорода в течение времени большем 12 ч ведет к ухудшению последую" щей операции процесса — пропитка кремнием — нз-за существенного уменьшения больших пор по количеству, что не дает возможности ввести требуемое количество кремния для последующего образования карбидографита кремния.

Термообработка сборки в инертной среде при 1300-1500 С в течение 14 ч позволяет донолнительно,повысить выход годных изделий за счет уменьшения брака после нанесения покрытия иэ пирокарбида кремния.

Вследствие неравномерного химического состава сердечника ранее в нем местами образуются легкоплавкие эвтектики,,которые испаряясь при нагревании до 10000 С, создают дава ление, достаточное для смещения или даже срыва крьппки. Термообработка при 1300-1500 С ведет к расо плавлению всего материала сердечника, при этом происходят диффузионные процессы выравнивания химического состава, что обеспечивает последующее качественное нанесение покрытия. Время 1-4 ч достаточно для

<прохождения диффузионных процессов, Остальные режимы проводятся как .

25 описано в примере осуществления спосо6а. °

Обработка в среде метана при

Выход годных, Й

Термообработка в инертном газе температуре, С времени, ч о температуре, С о времени, ч

Предлагаемый способ

800

1500

1400

1000

Известный

60

1300

1200

20-25

П р и м е ч а н и е. Выход годных определяют нагревом теплонакопительных элементов в течение 100 ч на воздухе при 1300 С. о

Изменение веса элементов при этом не должно превы" шать О,IX.

Экономический эффект от использования предлагаемого теплоаккумулирующего элемента достигается повьппением качества изготовления.

ВНИИПИ Заказ 1728/37 Тираж 631 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 з,10830 ,.а его увеличение (более 10 ч) неце--. лесообразно по экономическим соображениям.

Введение углеродных нитей в зазор между контактирующими поверхностями ампулы и крышки позволяет дополнительно улучшить герметичность элемента и соответственно выход годных изделий.

На чертеже изображен тепло - 1р аккумулирующий элемент в собранном виде.

Элемент содержит корпус 1 в виде ампулы и крьппки, плакирующий слой 2 из пирокарбида кремния, углеродные нити 3 между контактирующими поверхностями ампулы и крышки, сердечник 4 на основе кремния.

Способ реализуется следующим об- щ разом.

Заготовку керпуса элемента в виде ампулы и заготовку крьппки вытачивают из .графита марки АРВ. Затем их обрабатывают в атмосфере метана в течение 8 ч при 800 С, пропитывают

68 4 расплавленным кремнием при 2050 С в о вакууме 1 3 Па в течение 30 мин. В обработанную таким образом ампулу вводят заранее подготовленный по размеру отверстия сердечник из сплава на основе кремния. Сердечник занимает 95Х объема ампулы. На паз крьппки наматывают углеродные нити марки ВИН-4, и отверстие ампулы закрывают крьппкой, после чего сначала сборку нагревают в среде азота при

1500 С в течение 1 ч, а затем осажо дают плакирующее покрытие в .течение

20 ч из пирокарбида кремния при

1250 С и давлении 6 КПа из газовой о фазы метилтрихлорсилана..

В таблице приведены примеры получения теплонакопительных элементов по режимам, изменяемым в предлагаемых пределах, причем каждый пример повторяют для десяти образцов, по которым и определяется выход годных.