[发明专利]一种单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼装备，具体是一种单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体。

背景技术

在拉制单晶硅的生产过程中为了熔化原料多晶硅必须使用发热体，其炉温在1650℃左右。为了保证单晶硅的结晶方向必须让各处的炉温比较均匀，这就要求发热体的性能必须是各向同性的。目前单晶硅炉普遍采用各向同性石墨即等静压石墨作为发热体。但是由于等静压石墨发热体比较脆、且强度低，因此它的使用寿命很短。另外，由于等静压石墨的电阻率比较低，因此为了达到要求的电阻值必须把鼠笼型石墨发热体加工得较窄，这也就会进一步导致发热体易碎。

发明内容

本发明提供一种单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体，要解决现有的等静压石墨发热体使用寿命短的问题。

本发明的这种单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体选用短切纤维制备的纤维毡作为炭/炭复合材料发热体中的增强材料，然后以这种预制体为增强材料通过下述步骤制备：

1、采用短切纤维：选用短切聚丙烯腈纤维、短切碳纤维或者短切石墨纤维制备的腈纶毡、炭毡或者石墨毡作为炭/炭复合材料发热体中的增强材料，短切纤维的长度不超过180毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出筒形毡基预制体；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理后即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.7g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理。

本发明提供的这种单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体由于采用了短切纤维毡增强炭/炭复合材料并通过一定的工艺制备，具有很高的抗折强度和电阻稳定性，因此极大地延长了发热体的使用寿命，从而明显降低了单晶硅炉的使用成本。

具体实施方式

实施例一：

1、采用短切纤维：选用聚丙烯腈纤维，短切纤维的长度是45毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出筒形毡基预制体，密度是0.18g/cm³；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理，预氧化最高温度320℃，预氧化时间20小时，炭化最高温度900℃，即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理，最高温度1000℃，沉积时间400小时；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.7g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理，最高温度1800℃。

通过上述工艺得到的单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体的密度是1.72g/cm³，抗折强度为205Mpa。

实施例二：

1、采用短切纤维：选用炭纤维，短切纤维的长度是50毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出筒形毡基预制体，密度是0.16g/cm³；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理，预氧化最高温度320℃，预氧化时间20小时，炭化最高温度900℃，即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理，最高温度1000℃，沉积时间300小时；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.7g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理，最高温度1600℃。

通过上述工艺得到的单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体的密度是1.74g/cm³，抗折强度为195Mpa。