Способ изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообменника

СОЮЗ СОВЕТСКИХШййНВНКРИХЗУБЛИН 09) (И) БРЕТ ИСАНИЕ Н Дети ОМУ Св ТЕЛ ЯСТВУ 1 АРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОЧНРЫТИ(56) 1 Авторское свидетельство СССРФ 676853, кл. Р 28 Р 23(00, 1978.2. Авторское свидетельство СССРВ 920349, кл. Р 28 Е 23/00, 1979.(54)(57). 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯТЕПЛОАККУИУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТАТЕПЛООБИЕННИКА путем пропитки графитовой заготовки расплавленнымкремнием, 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качест ва изготовления, заготовку предварительно перед пропиткой обрабатывают в атмосфере углеводорода при 800-1200 С в течение 8-12 ч, а после образования герметичного кор пуса перед нанесением на него плакирующего покрытия элемент подвергают термообработке в инертнойо.среде при 1300-1500 С в течение 1 4 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что до герметизации корпуса в зазор между заготовкой и крышкой вводят углеродные нити.1083068 0Изобретение относится к производству теплообменной аппаратуры иможет быть использовано в энергетической и химической промьппленностипри изготовлении высокотемпературных теплоаккумулирующих элементовтеплообменника.Известен способ изготовления теп.лоаккумулирующего элемента теплообменника, включающий уплотнениеграфитовой заготовки корпуса элемента в виде ампулы пироуглеродом,осаждение плакирующего слоя из карбида кремния на внутреннюю поверх.ность заготовки, заполнение ампулысердечником из плавящегося веществана основе кремния н закрытие отверстия ампулы крьппкой 1 11.Недостатками способа являются ограниченный диапазон рабочих сред инизкие прочность и надежность получаемого теплообменника,Известен способ изготовлениятеплоаккумулирующего элемента теплообменника путем пропитки графитовойзаготовки расплавленным кремнием,введения в нее сердечника на основекремния, присоединения крышки с образованием герметичного корпуса ипоследующего нанесения на его наружную поверхность плакирующего покрытия из пирокарбида кремния 1.2 .Недостатком известного способаявляется невысокое качество изготовления,Цель изобретения - повьппение качества изготовления.Поставленная цель достигаетсясогласно способу изготовления теплоаккумулирующего элемента теплообмен 40ника путем пропитки графитовой заго-.товки расплавленным кремнием, введейия в яее сердечника на основе кремния, присоединения крьпаки с образованием герметичного корпуса и последующего нанесения на его наружную по 45верхность плакирующего покрытия иэпирокарбида кремния, при которомзаготовку предварительно перед пропиткой обрабатывают в атмосфере углеводорода при 800-1200 оС в течение8-12 ч, а после образования герметичного корпуса перед нанесением нанего плакирующего покрытия элементподвергают термообработке в инертнойсреде при 1300-1500 С в течение 1-4 ч . 55. До герметизации корпуса в зазормежду заготовкой и крышкой могутбыть введены углеродные нити. 2Дополнительная обработка графито. вой 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 пирокарбида кремния. При этом обработка при температуре менее 800 С и времени менеео8 ч не позволяет существенно снизить проницаемость, Обработка при температуре более 1200 С приводит к образованию поверхностного отложения пироуглерода, а не объемного (т,е. отложения внутри пор), 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 умень. шения 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 1- 4 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 эвтектикикоторые испаряясь при нагревании до 10000 С, создают даваление, достаточное для смещения или даже срыва крьппки. Термообработка при 1300-1500 С ведет к расоплавлению 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 способа.Обработка в среде метана при Выходгодных,й Термообработка в инертномгазе температуре, С времени, ч отемпературе, Со времени, ч Предлагаемый способ 70 800 1500 80 1400 1000 10 Известный 12. 60 1300 1200 20-25 ещ Цсдф П р и м е ч а н и е. Выход годных определяют нагревом теплонакопительныхэлементов в течение 100 ч на воздухе при 1300 С.оИзменение веса элементов при этом не должно превы" шать ф 0,13.Экономический эффект от использования предлагаемого теплоаккумулирующегоэлемента достигается повышением качества изготовления. ВНИИПИ Заказ 1728/37 Тираж 631 Подписное Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул.Проектная, 4 3 ,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 аккумулирующий элемент в собранном виде.Элемент содержит корпус 1 в виде ампулы и крышки плакирующий слой 2 из пирокарбида кремния, углеродные нити 3 между контактирующими поверхностями ампулы и крышки, сердечник 4 на основе кремния.Способ реализуется следующим об разом.Заготовку керпуса элемента в виде ампулы и заготовку крышки вытачивают из .графита марки АРВ. Затем их обрабатывают в атмосфере метана в течение 8 ч при 800 С, пропитывают 68 4расплавленным кремнием при 2050 С вб 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 957. объема ампулы. На паз крышки наматывают углеродные нити марки ВМН, и отверстие ампулы закрывают крышкой после чего сначала сборку нагревают в среде азота при 1500 С в течение 1 ч, а затем осажодают плакирующее покрытие в течение 20 ч из пирокарбида кремния при 1250 С и давлении 6 КПа из газовойофазы 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.