[发明专利]一种碳/碳复合密度梯度隔热材料

说明书

技术领域

本发明属于碳/碳复合隔热材料技术领域，具体地说涉及了一种碳/碳复合密度梯度隔热成型材料，是直接用在真空及惰性气体保护的高温炉内，能在1300-2500℃的温度下稳定使用，尤其是多晶硅铸锭炉及单晶硅直拉炉热场的必不可少的隔热材料。也涉及了生产效率高成本低的一种制作方法。

背景技术

碳/碳复合隔热材料具有耐高温、刚性好、加工性好等特点，被广泛应用于航空航天、通讯光纤、新能源、高性能陶瓷制造、晶体生长领域，而随着新能源光伏产业的发展当前多晶铸锭炉及单晶炉热场的隔热材料，又广受关注成为一个热点。

目前碳/碳复合隔热成型材料是内部、表层密度均一的，表层没有致密化处理，使得隔热性能、发尘量和使用寿命都不理想。其主要性能指标如表1

  序号  名称 体密度(g/cm³)  热传递系数(W/m/K)  1  各向同性碳/碳复合隔热材料 0.16  0.5  2  各向异性碳/碳复合隔热材料 0.16  0.22

中国专利公开号CN101445376A中所说高温炉用碳/碳复合材料圆筒叙述了一种圆筒的制备方法使用碳纤维布经过浸胶机浸渍酚醛树脂后缠绕、加压固化、碳化处理再补增密、再高温处理得到碳/碳复合材料圆筒，虽然这种材料工艺一致性好抗拉强度高，但是这种材料密度为0.25-0.50g/cm³，做保温材料密度偏大保温效果不佳，只适合做炉子结构材料。

中国专利申请号200610136811.X关于硅晶体生长炉用高纯固化碳毡制造方法，其工艺是：选择金属杂质含量很低的软毡作坯体材料，高温预处理成石墨毡体，用石墨粘体制作坯体均匀渗入固化剂进行固化定型，碳化处理坯体，再对坯体进行化学气相预沉积，对表面切削加工，再高温处理去除金属杂质然后表面涂层，制得固化碳毡，金属杂质含量在300ppm以内。这种工艺繁杂，对软毡要在高温下处理后才能用，增加了成本，操作复杂，价格昂贵，难以推广。生产时间长产能比较低。而且沉积厚度无法按需控制导致密度偏大。

本申请人同日申请的名称为“一种耐高温碳纤维隔热毡”的中国发明专利为本发明碳/碳复合密度梯度隔热材料提供了可能。

发明内容

本发明目的在于提供一种拉伸强度高、热传导率低隔热性能好、发尘量少和使用寿命长的碳/碳复合密度梯度隔热成型材料。

本发明的另一目的在于提供一种生产效率高，操作简单，成本相对低廉的碳/碳复合密度梯度隔热成型材料的生产方法。

本发明以本申请人同日申请的一种耐高温碳纤维隔热毡作为坯体材料，其纤维配向各向异性X-Y平面与Z向纤维份数比为50～250∶1。厚度为30微米的20微米孔径阵列不饱和聚酯模板作密度梯度界面层。可溶性热固性酚醛树脂作低密度坯体材料浸渍剂，改性线性酚醛清漆树脂作表层坯体浸渍剂，进行一次性压制固化，然后在500℃液相沉碳后形成表层致密，内部低密度的密度梯度，最终在2400℃高温处理后制成金属杂质含量在200ppm以内的碳/碳复合密度梯度隔热成型材料。

碳/碳复合密度梯度结构示意图如附图1所示。