УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БОРНЫХ НИТЕЙ Российский патент 1996 года по МПК C21D9/54 C23C14/00 

Предполагаемое изобретение относится к устройствам для получения борных нитей и других нитевидных армирующих наполнителей композиционных материалов, получаемых путем пиролиза газовой фазы на нагретой электропроводящей подложке.

В литературе (De Bolt H. and Krukonis V. Low Cost Boron Filament, AFML-TR-75-29, Air Force Materials Laboratory, Wright Раtterson Air Force Bace, Ohio, 1975; Круконис В. Наполнители для полимерных композиционных материалов М. Химия, 1981. с.649-672 и др.) даны описания процесса получения борных нитей, в которых приведены конструкции устройств для их получения. Они, как правило, состоят из стеклянных трубчатых камер, герметизируемых, чаще всего, металлическими ртутными контакт-затворами, ртуть в которых служит как для герметизации, так и для подвода электропитания к токопроводящей нити. При этом заправку устройства подложкой производят путем приклеивания ее конца к отрезку борной нити и пропусканию ее через все устройство, для чего служат направляющие конуса.

Приводимые устройства имеют как горизонтальное, так и вертикальное исполнение и ртуть в них удерживается капиллярными силами, создаваемыми отверстиями малого диаметра, через которые проходит нить в процессе осаждения на нее бора.

Общими недостатками этих устройств являются сложность конструкции контакт-затворов, затрудняющая их обслуживание, чистку и демеркуризацию, использование дорогостоящих коррозионно-устойчивых металлов для их изготовления, необходимость применения специальных изоляторов для крепления контакт-затворов, находящихся в работе под высоким напряжением.

В качестве прототипа нами выбрана конструкция устройства для получения борных нитей (при горизонтальном положении реактора) по патенту, Франции N 2029371, кл. С 23 с, 11/00, 1971 г. наиболее близкая по технической сущности предлагаемому изобретению. Она состоит из трубчатых стеклянных реакционных камер, герметизируемых ртутными контакт-затворами, ртуть в которых удерживается за счет капиллярного эффекта отверстиями малого диаметра износостойких конусных вставок. В корпусе контакт затвора имеются штуцеры для ввода и вывода реакционных газов и подачи ртути.

Конструкция прототипа имеет ряд существенных недостатков:
1) высокие требования к точности изготовления деталей;
2) трудность чистки контакт-затвора и его демеркуризации;
3) недостаточную надежность из-за увеличения зазора между конусными вкладышами с капиллярными отверстиями и корпусом, неизбежное при демеркуризации, что приведет к выбросам ртути в реакционный канал или к выпадению всего вкладыша целиком;
4) малый диаметр ртутной камеры контакт-затвора при отсутствии в его верхней части отверстия для выхода газа при заполнении камеры ртутью, может привести к появлению газового пузыря и, как следствие, к возникновению микроискрения, приводящего к дефективности получаемой борной нити.

Задачей, стоящей перед нами, является повышение надежности конструкции, снижение ее стоимости и облегчения обслуживания. Указанная задача решается предлагаемым устройством, состоящим из сборного корпуса в виде трубчатых реакционных камер с газовыми ртутными штуцерами и контакт-затворов с боковыми отверстиями, при этом, согласно изобретению, контакт-затвор выполнен в виде помещенного в трубчатой реакционной камере полого цилиндрического вкладыша, состоящего из трех частей: втулки с внутренней резьбой и наружными проточками по торцам и двух, примыкающих к проточкам пробок с наружной резьбой, имеющих одна наружный, а другая внутренний (по отношению к втулке) направляющие конуса с отверстиями в вершинах, а также фильер, установленных в пробках, прижимаемых к вершинам конусов посредством крепежных элементов. Кроме того, в проточках втулки помещаются уплотнительные кольца из упругого, эластичного материала (например, резины), имеющие ширину большую, чем ширина проточки. В заявляемом устройстве трубчатый канал перед наружным направляющим конусом пробки вкладыша выполнен с диаметром меньшим диаметра основания наружного направляющего конуса, образуя кольцевой пережим.

На чертеже представлено предлагаемое устройство для получения борных нитей.

1) сборный корпус;
2) газовые штуцеры;
3) ртутные штуцеры;
4) износостойкие фильеры;
5) втулка вкладыша;
6а) пробка вкладыша с наружным направляющим конусом;
6б) пробка вкладыша с внутренним направляющим конусом;
7) торцевые проточки втулки вкладыша;
8) крепежный элемент фильеры;
9) уплотнительные кольца;
10) кольцевой пережим трубчатого канала.

Контакт-затвор в виде вкладыша обеспечивает отделение реакционных камер друг от друга и от атмосферы. Закрепление его обеспечивается разжимаемыми эластичными уплотнительными кольцами, а сам вкладыш ориентируется по отношению к газовым и ртутным штуцерам с использованием боковых отверстий втулки, устанавливаемых в соосное положение к ртутным штуцерам, при этом входной газовый штуцер одной камеры оказывается отделенным вкладышем от выходного газового штуцера другой, а ртутные штуцера оказываются между уплотнительными кольцами. Однако из боковых отверстий втулки служит для подачи ртути во внутрь контакт-затвора, а другое противоположное для выхода газового пузыря из объема контакт-затвора и обеспечение тем самым надежного электрического контакта.

Фильеры из износостойкого материала установлены в вершинах направляющих конусов для повышения долговечности устройства.

Пережим реакционного канала устройства (поз.10) обеспечивает попадание заправочной нити, при ее продвижении через устройство в наружный направляющий конус вкладыша. После сборки с помощью специальных муфтовых соединений устройства, состоящего из требуемого количества реакционных камер, число которых определяется количеством вкладышей (контакт-затворов) и подсоединения к ртутным штуцерам корпуса ртутных вытеснителей, связанных с источником высокого напряжения, а также подсоединения газовых штуцеров к газовой системе производится заправка устройства нитевидной токопроводящей подложкой. Заправку осуществляют следующим образом. Упругое волокно диаметром 100-140 мкм (например борная нить) продвигается через собранное устройство на всю его длину. Подложку (вольфрамовая или углеродная нить) приклеивают к концу заправочного волокна и извлекают его в противоположного конца устройства таким образом заправляя устройство подложкой. На выходе конец подложки закрепляют на нитепротяжном механизме, осуществляющем непрерывное ее продвижение по реакционным камерам в процессе осаждения.

Ртуть из ртутных вытеснителей подают во внутрь контакт-затворов, обеспечивая герметизацию камер и подвод электропитания для нагрева подложки. Затем устанавливают необходимую подачу реакционных газов и включают электропитание, доводя температуру подложки до значения, необходимого для требуемого режима осаждения.

Сборка устройства производится следующим образом. С помощью крепежных элементов (8) фильеры (4) закрепляются в пробках (6а, 6б) вкладыша, на торцевые проточки (7) втулки вкладыша (5) надевают резиновые кольца (9), которые путем навинчивания пробок (6а, 6б) на несколько ниток без разжимания фиксируются на вкладыше. В таком виде вкладыш легко с зазором между ним и корпусом (1) вставляют в ту часть реакционного канала, которая предназначена для его размещения, при этом боковые отверстия втулки вкладыша ориентируются в соосное положение с ртутными штуцерами (3) с помощью сборочного стержневого стопора, на время сборки соединяющем их вместе. Затем специальным сборочным пинцетом с концами в виде "усов", направленных друг от друга в поперечном направлении, с торцов отрезка реакционного канала, предназначенного для размещения вкладыша, используя шлицы пробок, свинчивают пробки с втулкой, разжимая при этом уплотнительные кольца и закрепляя вкладыш в реакционном канале. Пинцет и стопор извлекают и соединяют все части реакционного канала муфтовыми соединениями, после чего все устройство устанавливают на место, закрепляя его за стеклянный корпус без дополнительных изоляторов.

Производственные испытания и последующая эксплуатация показали высокую надежность конструкции и снижение ее стоимости более чем в два раза, по сравнению с аналогичными конструкциями.

Изобретение относится к устройствам для получения борных нитей и других нитевидных армирующих наполнителей композиционных материалов, получаемых путем пиролиза газовой фазы на нагретой электропроводящей подложке. Задача изобретения - повысить надежность конструкции, снизить ее стоимость и облегчить обслуживания. Устройство для получения борных нитей включает сборный корпус в виде трубчатых реакционных камер ТРК и контакт-затворы с боковыми отверстиями, газовые и ртутные штуцера. Контакт-затвор помещен внутри ТРК с газовыми и ртутными штуцерами, контакт-затвор выполнен в виде разъемного вкладыша, состоящего из трех частей - втулки В с внутренней резьбой и двух примыкающих к проточкам П пробок с наружной резьбой. Втулка В выполнена с боковыми соосными отверстиями в пробках выполнены направляющие конуса К с отверстиями в вершинах, у которых установлены фильеры, прижимаемые к вершинам К крепежными элементами, в П В помещены уплотнительные кольца из упругого материала, имеющие ширину большую, чем ширина П. Корпус ТРК перед направляющим К вкладыша выполнен с диаметром меньше диаметра основания направляющего К вкладыша, образуя кольцевой пережим, а отверстия В соосны ртутным штуцерам. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения борных нитей, содержащее сборный корпус в виде трубчатых реакционных камер и контакт-затворов с боковыми отверстиями, газовые и ртутные штуцера, отличающееся тем, что контакт-затвор выполнен в виде помещенного в трубчатой реакционной камере полого цилиндрического вкладыша, состоящего из трех частей втулки с внутренней резьбой и с наружными проточками по торцам, двух примыкающих к проточкам пробок с наружной резьбой и с наружным и внутренним направляющими конусами с отверстиями в вершинах, фильер, установленных в пробках и прижатых к вершинам конусов посредством крепежных элементов, уплотнительных колец из упругого материала, расположенных в проточках и имеющих ширину большую, чем ширина проточки, при этом боковые отверстия соосны ртутным штуцерам. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус камеры перед направляющим конусом пробки выполнен с диаметром, меньше диаметра основания наружного направляющего конуса пробки, образуя кольцевой пережим.