[发明专利]用于多晶硅铸锭炉的石墨烯- LaTaO4/锌-铝-镍系耐腐蚀涂层

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅领域，具体涉及一种用于多晶硅铸锭炉的耐腐蚀涂层，由该耐腐蚀涂层构成的耐高温保护层及耐高温保护层的制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生的绿色能源已逐渐在全球范围内得到快速的发展，太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏组件。随着太阳能发电技术的日益成熟，光伏组件已在人造卫星供能等诸多领域取得广泛应用。

多晶硅铸锭炉是太阳能光伏产业链条前端的关键设备之一，多晶硅铸锭炉炉壁最内层为工作层，炉内温度高达1560℃，在高温环境中，坩埚中的硅料在氩气中石墨加热器的加热下，由固态变为液态，然后通过定向生长块的导热作用，生成固定晶向的多晶硅锭。由多晶硅铸锭炉制备的多晶硅锭的质量直接影响到多晶硅电池片的光电转化效率。

现有的多晶硅铸锭炉主体采用不锈钢材质，以减少设备材质对产品的污染。在生产多晶硅的高温环境下，为了防止不锈钢外壳被烤坏，在工作层的内壁上铺设耐高温隔热层。在众多耐高温隔热材料中，碳纤维的耐热温度最高可达3000℃，同时碳纤维还具有较好的耐腐蚀性、耐疲劳性以及强度高等特点，因此，在现有多晶硅的生产工艺中，通常采用碳纤维保温材料作为耐高温隔热材料。

作为隔热材料，碳纤维在不掺入杂质的情况下，碳纤维能够保持耐高温、耐腐蚀、膨胀系数小等特性。但在多晶硅铸锭炉生产多晶硅时，制造多晶硅的原料通常含有杂质，碳纤维隔热层，尤其是单纯的动作部位的隔热层，随着使用很容易吸附微小杂质颗粒，继而碳纤维会与杂质和硅发生反应，从而改变了碳纤维隔热层原有的性质，导致碳纤维隔热层密度变小，磨损增大，影响碳纤维隔热层的隔热效果。

为了防止碳酸钠纤维隔热层被腐蚀，申请号为200910138449.3的中国专利文献公开了一种用于多晶硅铸锭炉的耐腐蚀涂层及其制备方法，该专利公开了一种用于多晶硅铸锭炉的耐腐蚀涂层，其包括以下重量百分比的成分：85％～93％的碳纤维粉和石墨粉的混合物，1％～4％的成膜剂，1％～3％的成膜剂，1％～3％的固化剂和分散剂的混合物，和5％～12％的隔热材料粉末，该专利中使用的隔热材料为Sr₃Ti₂O₇和Sr₄Ti₃O₁₀中的一种或两种。上述耐腐蚀涂层虽对碳纤维隔热层起到保温层起到一定的保护作用，但是其强度和耐腐蚀性仍有待提高，以保证碳纤维隔热层具有更长的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于多晶硅铸锭炉的耐腐蚀涂层，该涂层具有较高的硬度和耐腐蚀性，从而延长碳纤维隔热层的使用寿命，还提供了由该耐腐蚀涂层构成的耐高温保护层及耐高温保护层的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于多晶硅铸锭炉的耐腐蚀图层，包括：覆于碳纤维隔热层表面的合金防腐层和覆于所述合金防腐层表面的隔热防腐层。

所述合金防腐层包括：20wt％～38wt％的铝粉、30wt％～45wt％的锌粉和30wt％～45wt％的镍粉；

所述隔热防腐层包括：55wt％～72wt％的石墨烯粉、25wt％～40wt％的LaTaO₄粉、1wt％～5wt％的成膜剂和1wt％～5wt％的固化剂和分散剂的混合物。

优选的，所述隔热防腐层中是石墨烯粉末的含量为62wt％～68wt％。

优选的，所述合金防腐层中锌粉、铝粉和镍粉的粒径均为100目～300目。

优选的，所述成膜剂为水玻璃。

优选的，所述固化剂为氟硅酸盐。

优选的，所述分散剂为丹宁酸。

优选的所述氟硅酸盐和丹宁酸的重量比为1∶1～2∶1。

本发明还提供一种用于多晶硅铸锭炉的耐高温保护层，包括：碳纤维隔热层和覆于所述碳纤维隔热层表面的上述耐腐蚀图层。

相应的，本发明还提供一种上述耐高温保护层的制备方法，包括以下步骤：

1)将铝粉、锌粉和镍粉按比例混合均匀后得到共渗剂粉末，将碳纤维隔热层包埋在所述共渗剂粉末中加热至300℃～500℃，保温2小时～5小时后取出，得到表面覆有合金防腐层的碳纤维隔热层；

2)将固化剂和分散剂的混合物涂至所述合金防腐层的表面；

3)将石墨烯粉、LaTaO₄粉和成膜剂按比例混合后涂至固化剂和分散剂的表面；