[发明专利]一种碳碳复合材料整体埚托、直筒埚邦及其制备方法

说明书

本发明公开一种碳碳复合材料整体埚托、直筒埚邦及其制备方法，整体埚托包括厚度最厚的埚托盘底部分和四周向上翻的外延，整体结构从埚托盘底中心部分到四周，逐步变薄，向上翻部分最薄，并设计有凹凸槽以跟对应的直筒埚邦形成组合。本发明的制备方法充分利用结构合理化后，两种碳碳件所需厚度和力学性能要求不一样的特点，选择不同的长纤维丝密缠增强方式及后续制备方式，令力学性能要求高，易于损耗的部分得到加强，力学性能要求低，不易损耗的部分则化繁为简，使得总的埚邦，埚托系统使用性能得到提高，总体制备成本更低，同时两种性能密度要求不同的结构件也更有利于排产。

技术领域

本发明涉及一种碳碳复合材料整体埚托、直筒埚邦及其制备方法。

背景技术

目前在单晶硅的制备过程中,需要用到碳/碳复合材料的坩埚等产品，碳/碳坩埚其作为受力件，单晶硅制备热场中的主要损耗材料，使用寿命的长短，直接影响单炉次的运行成本和设备的安全隐患。随着光伏行业本身对成本效益比的追求，硅片尺寸是不断增大的，与之相配套的单晶设备，碳碳及石墨热场的尺寸也在不断增大，这就为这些材料的制备带来了新的难点。以最近几年为例，这种热场件的增大基本保持了每年4英寸的速度，在这种情况下，传统意义上仍在使用的石墨热场件继续被替代，整个单晶炉内的热场愈发向纯碳碳复合材料的方向发展。这种情况下，一些原有的结构构建方式就显得不再合理。

以埚托，埚邦这两大件为例，由厚度较高，形状类似于盘状的埚托，直筒部分与R角部分为主要结构的埚邦组成。就力学分布而言，埚托主要承重，拉晶时还向炉子内部的硅料部分提供扭转的力，因此力学性能要求高，厚度较厚。R角埚邦的主要目的则是要将内部软化后的石英束缚在原区域内，所以直筒壁主要受到由内向外的压力，R角部分不但受到压力还受到重力作用。相比较而言，这些部分，对力学性能要求由低到高排列分别为，埚邦直筒部分，埚邦R角部分，埚托部分，相比而言后两者在厚度和力学强度要求上更为接近。并且，由于碳碳复合材料特殊的制备方法，纤维预制体在制备过程中必须要在边沿留有大量余量，最终切除浪费，这点埚邦R角边沿部分，埚托边沿部分尤其浪费严重。很显然，原有的R角埚邦+埚托结构，不但力学分布不合理，而且成本高昂。

描述现有R角埚邦的结构的专利有《一种大尺寸R角坩埚用预制体的制备方法》(申请号：201210420408.4)，描述现有埚托结构的专利有《一种低成本制备碳/碳分体式结构埚托的方法》(申请号：202111364001.0)。这两种热场件都是使用了针刺的网胎碳布铺层预制体，在制备初期，使用特殊形状的木模进行内部固定，交替铺层，针刺，并在层间加入部分缠绕丝。预制体制备完成后使用沉积作为主要的增密手段。专利中的R角坩埚及传统的带R角埚邦，由于R角位置的厚度及力学要求跟直筒位置差距甚远，故不得不在铺层时通过大量人工对R角位置进行补充铺层，在长纤维缠绕环节，则不得不使用环向缠绕，米字缠绕等多种缠绕方式，制备工艺繁琐。且在化学气相沉积增密过程中，为照顾R角部分与直筒部分的一致性，不得不在沉积方式上进行特殊调整，同样工艺繁琐。

现有技术最大的不合理性即这两大件在结构上的不合理性，R角埚邦的R角部分在力学要求上，厚度上更接近于埚托，与直筒部分则相距甚远，虽然复合材料具有可设计性，可以针对性的进行补强，但是这种变化为预制体制备及后续的增密工艺都带来了极大困难。埚托部分则为了能够与埚邦R角部分相匹配，在边沿部分专门制备了突出的承接台，造成了大量的材料浪费。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种碳碳复合材料整体埚托、直筒埚邦及其制备方法。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种碳碳复合材料整体埚托，包括厚度最厚的埚托盘底部分和四周向上翻的外延，整体结构从埚托盘底中心部分到四周，逐步变薄，向上翻部分最薄，并设计有凹凸槽以跟对应的直筒埚邦形成组合。

本发明还提出一种碳碳复合材料整体埚托的制备方法，包括以下步骤：

1)制作锅盖形的木模模型，用泡沫垫贴平及包裹木模，对泡沫垫多余部分进行裁剪；