[发明专利]一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒，包括内层高密度筒体、外层高密度筒体和设置在内层高密度筒体、外层高密度筒体之间的低密度中间层，且内层高密度筒体和外层高密度筒体的表面上均沉积有热解碳涂层；本发明还提供了一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒的制备方法：一、炭纤维预制体增密；二、机械加工得到炭/炭复合材料保温筒坯；三、表面净化后化学气相沉积。本发明的炭/炭复合材料保温筒的内层、外层高密度筒体上沉积的热解碳涂层均匀致密，阻止了熔融硅液和含硅蒸汽的侵蚀，低密度中间层保证了保温性能，从而具有优异的抗侵蚀性能和良好的保温性能，且保温筒的整体轻质，方便使用。

技术领域

本发明属于单晶硅炉用热场部件技术领域，具体涉及一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒及其制备方法。

背景技术

单晶硅拉制炉在制备单晶的过程中，由于不断发生物相的转化(液相转化为固相)，不断放出固相潜热，同时晶体越拉越长，熔体液面不断下降，热量的传导、辐射、对流等情况不断在进行，此时低密度保温材料在热场中同样承受着这些热作用，这就要求该产品不仅能够起到保温、隔热的作用外，更要具有良好的抗侵蚀性、可操作性以及强度。目前，市面上的低密保温材料主要以软炭毡及固化毡为主，软炭毡优势在于保温性能好、成本低，但一般在操作时软炭毡各层之间贴合不够紧密，精确度较差，导致保温性能不能得到有效发挥且易分层，使用寿命较短，且软炭毡的抗侵蚀性能较差；固化毡相比于软炭毡来说其保温性能良、可操作性能较好，但抗侵蚀性能较差，成本较高。

专利201910342150.3公开了一种炭纤维缝制硬化保温圆筒的制备方法，采用炭纤维软毡环向缝制成型，然后经树脂浸渍固化处理、炭化处理、高温纯化处理、机械加工及表面涂层处理而成，具有密度低、不易分层、导热系数低及可加工性能强等特点；专利201020618726.9公开了一种具有外表涂层的硬质碳毡保温筒，由软质炭毡固化后的硬质炭毡保温筒主体构成，浸渍树脂后经固化、炭化、成型等工艺加工而成，具有结构简单、成本低、加工制作简单等特性；但此方法制备的硬质保温圆筒工序多且复杂、制备周期长。

由此来看，在单晶硅用热场系统中，具有优异的抗侵蚀性能且保温性能良好的轻质炭/炭保温材料需迫切解决，同样这也是广大客户最主要且最关心的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒。该炭/炭复合材料保温筒具有内层高密度筒体、低密度中间层、外层高密度筒体依次构成的“三明治”结构，通过高强度、高密度的内层高密度筒体及外层高密度筒体上沉积的热解碳涂层有效阻止了熔融硅液和含硅蒸汽的侵蚀，通过低密度中间层的低导热性能保证了保温性能，从而炭/炭复合材料保温筒具有优异的抗侵蚀性能和良好的保温性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种晶体硅用轻质炭/炭复合材料保温筒，其特征在于，该炭/炭复合材料保温筒具有“三明治”结构，包括内层高密度筒体、外层高密度筒体和设置在内层高密度筒体、外层高密度筒体之间的低密度中间层，且内层高密度筒体和外层高密度筒体的表面上均沉积有热解碳涂层；所述内层高密度筒体和外层高密度筒体的厚度均为5mm～100mm，体积密度均为0.20g/cm³～0.45g/cm³，所述低密度中间层的厚度为20mm～300mm，体积密度为0.18g/cm³～0.22g/cm³，所述炭/炭复合材料保温筒的整体体积密度为0.22g/cm³～0.32g/cm³。

本发明的炭/炭复合材料保温筒具有内层高密度筒体、外层高密度筒体和设置在内层高密度筒体、外层高密度筒体之间的低密度中间层构成的“三明治”结构，该炭/炭复合材料保温筒中的内层高密度筒体、外层高密度筒体的密度较高，强度较大，且表面上沉积的热解碳涂层有效阻止了单晶硅制备过程中熔融硅液和含硅蒸汽对炭/炭复合材料保温筒表面的侵蚀，而低密度中间层的密度较低，导热性能较低，有效保证了炭/炭复合材料保温筒的保温性能，因此本发明的炭/炭复合材料保温筒具有优异的抗侵蚀性能和良好的保温性能。