[发明专利]碳/碳复合材料保温筒及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温炉部件，具体地说是一种单晶硅拉制炉用保温筒及制备方法，特别是涉及一种碳/碳复合材料保温筒及制备方法。

背景技术

硅单晶炉热场系统对单晶成品率、拉速及单晶棒质量都有很大的影响，而对硅单晶生产企业来说，提高硅材料利用率，降低单位能耗，提高生产效率，降低生产成本一直是企业追求的目标，因此，热场系统设计和热场内关键元件的选材和使用备受关注。保温筒是硅单晶炉热场系统的关键元件之一，主要作用是减少热量损失和控制热场的温度梯度。长期以来，单晶炉保温系统普遍由软炭毡包裹在由石墨材料制成的保温筒上组成。从使用的效果来看，这种保温系统保温效果一般，而且挤占空间大，使用寿命短。分析原因，主要有以下几点：一是石墨本身是热的良导体，保温效果较差，为了达到保温效果，软炭毡的层数增多，导致保温系统挤占空间大；二是石墨性脆，强度低，在维修过程中易损坏，导致保温筒使用寿命较短；三是软炭毡容易吸附熔化的多晶硅中挥发出的杂质，很难清理干净，时间长了容易污染多晶硅熔体，影响晶棒质量；四是大尺寸石墨内筒成形困难，耗材较多，价格昂贵。因此，近年来，一些硅单晶生产厂家或者材料制造商提出来一些新的保温筒制备方法。

如专利号200610136811.X，申请日为2006年12月6日，公开号为CN1994972的专利公开了一种硅晶体生长炉用高纯固化炭毡制造方法，其制备方法是：⑴采用金属杂质含量很低的软毡作坯体材料，高温预处理使之成为石墨毡体；⑵用石墨毡体制作坯体，对均匀渗入固化剂的坯体进行固化定型；⑶炭化处理坯体；⑷再对坯体进行化学气相预沉积；⑸对坯体机加工；⑹再对坯体高温处理，去除金属杂质和挥发分；⑺进行表面涂层处理及零件的表面强化处理。这种方法制备的固化炭毡保温筒密度低，保温性能好，但是强度低，在维修过程中容易损坏，产品的纯度不高，制备工艺复杂。且在保温筒整个表面制备有涂层，导致制备涂层后保温筒的导热性能大幅提高，保温性能下降。

又如专利号为200820052440.1，申请日为2008年3月3日，公开号为CN201158723的专利公开了一种采用碳/碳复合材料加工制成的高温炉耐火保温罩，其特征是保温罩由高密度的碳/碳复合材料里层和低密度的碳/碳复合材料外层组成。由于保温罩内层强度高，外层导热系数低，因此，保温罩综合性能好。但是保温筒在使用过程中，由于熔化的多晶硅中挥发出的杂质吸附在保温筒的表面（主要是保温筒的内表面），侵蚀保温罩，影响保温罩的使用寿命，同时容易污染多晶硅熔体，影响晶棒质量。

此外，上述两个专利所述的保温筒在使用时都需要在保温筒外面包裹软炭毡，而软炭毡容易吸附熔化的多晶硅中挥发出的杂质，很难清理干净，时间长了容易污染多晶硅熔体，影响晶棒质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳/碳复合材料保温筒及制备方法，在保证了保温筒保温效果的同时，又充分保证其力学强度和使用寿命，同时，提高保温筒的抗腐蚀能力，保证热场的纯度。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种碳/碳复合材料保温筒，它包括筒体，所述的筒体为三明治结构，即由内层、中间层和外层组成，厚度为1.05㎜～450㎜，所述内层、中间层和外层均由碳/碳复合材料制备，内层、外层的厚度为0.45㎜～105㎜，表观密度为0.8g/cm³～1.7g/cm³，中间层的厚度为0.15㎜～240㎜，表观密度为0.15g/cm³～1.1g/cm³，内层的表面制备有致密的热解碳涂层。

本发明的热解碳涂层的厚度为20μm～200μm。

一种如上述碳/碳复合材料保温筒的制备方法，它包括以下步骤：

⑴保温筒预制体制备：将碳纤维网胎与碳纤维布通过针刺使之复合成碳纤维毡，然后将碳纤维毡缠绕在保温筒模具上针刺复合为内层，碳纤维毡的厚度为0.45㎜～1.05㎜，碳纤维毡的层数为1层～100层；接着在内层上用碳纤维网胎缠绕针刺复合为中间层，碳纤维网胎的厚度为0.15㎜～0.6㎜，碳纤维网胎层数为1层～400层；然后在中间层上再次用碳纤维毡缠绕针刺复合为外层，碳纤维毡层数为1层～100层；

⑵增密：将步骤⑴所得的保温筒预制体经化学气相沉积增密为所需要求的保温筒坯体；

⑶机加工：将步骤⑵所得的保温筒坯经纯化后按图纸加工成所需要求形状和尺寸的保温筒；