專利名稱：碳/碳復合材料導流筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高溫爐部件，具體地說是一種單晶硅拉制爐用導流筒，特別是涉及一種碳/碳復合材料導流筒。
背景技術(shù)：
單晶硅拉制爐的熱場系統(tǒng)對單晶硅的整棒率及成品率、拉速、單晶硅棒質(zhì)量都有很大的影響，因此，熱場系統(tǒng)設(shè)計和熱場內(nèi)關(guān)鍵元件的選材和使用備受關(guān)注。導流筒是單晶硅拉制爐熱場系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一，主要用于控制熱場的溫度梯度和引導氬氣流。目前，單晶硅拉制爐導流筒普遍由石墨件和炭氈組合制成，即用石墨加工出內(nèi)筒和外筒，將炭氈填充在內(nèi)筒和外筒中間，再通過緊固件將三者組合在一起。從使用的效果來看，這種導流筒存在以下不足一是炭氈容易吸附從接縫處進入的熔化的多晶硅中揮發(fā)出的雜質(zhì)，降低保溫性能；二是石墨是熱的良導體，保溫效果較差；三是石墨強度低，使用過程中易損壞，使用壽命短；四是大尺寸石墨內(nèi)、外筒成形困難，耗材較多。近年來，一些硅單晶生產(chǎn)廠家或者材料制造商提出來采用碳/碳復合材料制備導流筒的技術(shù)方案。如專利號200610043187. 9，申請日為2006年7月20日，公開號為 CN1907915的專利公開了一種單晶硅拉制爐用熱場炭/炭導流筒的制備方法，其制備方法是首先采用炭布和薄碳纖維網(wǎng)胎環(huán)向纏繞后針刺成準三維結(jié)構(gòu)的導流筒預制體，然后通過化學氣相沉積和酚醛樹脂浸漬炭化以及熱等靜壓浙青浸漬炭化相結(jié)合的致密化工藝，反復致密處理數(shù)次，使導流筒制品的密度> 1. 83g/cm3，最后在氯氣和氟利昂氣氛下對導流筒制品進行高溫純化后機加工，這種導流筒強度高，高溫抗熱震性能好，但是由于導流筒密度過高，導流筒導熱性能好，不利于單晶棒徑向溫度梯度的保持，拉晶過程中會造成結(jié)晶界面不平坦，影響單晶質(zhì)量，同時，高密度的碳/碳復合材料制造成本也很高，不利于廣泛推廣使用。專利號為200810030750.8，申請日為2008年3月3日，公開號為CN101311334的專利公開了一種單晶爐導流筒及其生產(chǎn)工藝，導流筒由高密度的碳/碳復合材料外層和低密度的碳/碳復合材料里層組成，由于導流筒外層強度高，里層導熱系數(shù)低，因此，減輕了導流筒的質(zhì)量，導流筒既具有足夠的強度和耐磨性，又具有較好的抗熱震性和保溫性能。但在實際生產(chǎn)中，這種內(nèi)、外層密度差別很大的整體導流筒的制備工藝復雜，成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種生產(chǎn)簡單、保溫效果好，強度高的碳/碳復合材料導流筒。本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種碳/碳復合材料導流筒，它包括筒體，所述的筒體包括外筒、內(nèi)筒，外筒、內(nèi)筒的一端通過法蘭連接，另一端通過連接環(huán)連接組成一個整體，外筒、內(nèi)筒之間設(shè)有炭氈，所述外筒、內(nèi)筒、法蘭和連接環(huán)均由密度為l.Og/cm3 1.4g/cm3碳/碳復合材料制備，所述炭氈的密度為0. lg/cm3 0. 2g/cm3。[0007]本實用新型筒體的表面設(shè)有增密涂層，增密涂層的表觀密度為1. 5g/cm3 1. 7g/ cm3，增密涂層厚度為0. 5 mm 1. 5 mm。由于采用上述技術(shù)方案，本實用新型較好的實現(xiàn)了發(fā)明目的，其制作方法簡單易行，制備的導流筒的保溫性能、力學性能比石墨導流筒強，能更好地保證爐內(nèi)軸向溫度梯度的形成和穩(wěn)定；同時，由于導流筒表面設(shè)有設(shè)有增密涂層，可防止熔化的多晶硅中揮發(fā)出的雜質(zhì)侵蝕炭氈，確保了炭氈保溫性能的穩(wěn)定，延長了其使用壽命，且提高了導流筒表面的抗沖刷能力、耐腐蝕能力，防止導流筒表面掉渣掉塊。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。由圖1可知，一種碳/碳復合材料導流筒，它包括筒體，所述的筒體包括外筒2、內(nèi)筒3，外筒2、內(nèi)筒3的一端通過法蘭1連接，另一端通過連接環(huán)5連接組成一個整體，外筒 2、內(nèi)筒3之間設(shè)有炭氈4，所述外筒2、內(nèi)筒3、法蘭1和連接環(huán)5均由密度為1. Og/cm3 1. 4g/cm3碳/碳復合材料制備，所述炭氈4的密度為0. lg/cm3 0. 2g/cm3。所述炭氈4為聚丙烯腈基炭氈，具有一般塊狀炭素材料的耐高溫、耐腐蝕、不熔融等特性，又有纖維狀炭的體積密度小、柔軟、有彈性、可折疊、剪裁、可用炭紗縫合等性能。本實用新型在筒體的表面設(shè)有增密涂層。增密時，因為導流筒各零件的接縫處也填充有熱解碳，能防止熔化的多晶硅中揮發(fā)出的雜質(zhì)從接口縫隙進入侵蝕炭氈4，確保了炭氈4保溫性能的穩(wěn)定，延長了其使用壽命。本實用新型所述增密涂層的表觀密度為1. 5g/cm3 1. 7g/cm3，增密涂層厚度為 0. 5 mm 1. 5 mm。本實用新型碳/碳復合材料導流筒的生產(chǎn)方法，它包括下列步驟⑴加工成形采用近凈成形的加工方式，制備表觀密度為1. Og/cm3 1. 4g/cm3(本實施例為1. 29 g/cm3)的碳/碳復合材料內(nèi)筒3、外筒2、法蘭1和連接環(huán)5坯體，再按要求將坯體機加工成形；⑵組裝筒體將步驟⑴制備的內(nèi)筒3、外筒2、法蘭1、連接環(huán)5與炭氈4通過由碳 /碳復合材料制備的緊固件6 (本實施例為螺釘)組合在一起，密度為0. lg/cm3 0. 2g/cm3 (本實施例為0. 12 g/cm3)的炭氈4放置在內(nèi)筒3和外筒2之間；本實用新型先用緊固件6將法蘭1、外筒2和連接環(huán)5連成一體，再將炭氈4鋪在外筒2內(nèi)，放入內(nèi)筒3后，最后用緊固件6將內(nèi)筒3與法蘭1和連接環(huán)5連接成一體。⑶純化將步驟⑵制備的導流筒筒體放入真空爐中進行高溫處理，去除金屬雜質(zhì)和揮發(fā)分，純化溫度為1800°C ^00°C，保溫時間為1 h 10h。為防止熔化的多晶硅中揮發(fā)出的雜質(zhì)從接口縫隙進入侵蝕炭氈4，確保了炭氈4 保溫性能的穩(wěn)定，延長了其使用壽命。本實用新型在步驟⑵后先對導流筒筒體進行表面涂層處理，然后進行純化處理。所述的表面涂層為將步驟⑵制備的導流筒筒體放入CVD爐中，爐內(nèi)抽真空，真空度為1001 400Pa (本實施例為200Pa)，在真空環(huán)境中，將爐溫升至900°C 1200°C (本實施例為1200°C)，保溫3小時 10小時(本實施例為5小時)。經(jīng)真空處理后，不出爐，直接進行化學氣相沉積增密，使熱解碳沉積于導流筒各零件的接縫處和筒體的表面。氣相沉積時充入碳源氣體，本實施例碳源氣體為經(jīng)凈化的天然氣，爐內(nèi)氣壓 IkPa 5kPa (本實施例為3kPa)，溫度9001200°C (本實施例為1100°C),時間50小時 150小時(本實施例為120小時);經(jīng)該步驟后，導流筒筒體的表面制備有致密的熱解碳涂層，增密涂層的表觀密度為1. 5g/cm3 1. 7g/cm3 (本實施例為1. 56 g/cm3)，增密涂層厚度為0. 5 mm 1. 5 mm(本實施例為1. 1 mm)。碳/碳復合材料的導熱系數(shù)低于50W/m. K，為石墨的二分之一左右，制備的導流筒中間由保溫性能好的炭氈4構(gòu)成，導流筒整體保溫性能比石墨導流筒好，能更好地保證爐內(nèi)軸向溫度梯度的形成和穩(wěn)定；碳/碳復合材料的抗彎強度為90MI^左右，高出石墨一倍左右，力學性能比石墨強；同時，由于導流筒表面設(shè)有設(shè)有增密涂層，可防止熔化的多晶硅中揮發(fā)出的雜質(zhì)侵蝕炭氈4，確保了炭氈4保溫性能的穩(wěn)定，延長了其使用壽命，且提高了導流筒表面的抗沖刷能力、耐腐蝕能力，防止導流筒表面掉渣掉塊。
權(quán)利要求1.一種碳/碳復合材料導流筒，它包括筒體，其特征是所述的筒體包括外筒(2)、內(nèi)筒 (3)，外筒(2)、內(nèi)筒(3)的一端通過法蘭(1)連接，另一端通過連接環(huán)(5)連接組成一個整體，外筒(2)、內(nèi)筒(3)之間設(shè)有炭氈(4)，所述外筒(2)、內(nèi)筒(3)、法蘭(1)和連接環(huán)(5)均由密度為1. Og/cm3 1. 4g/cm3碳/碳復合材料制備，所述炭氈(4)的密度為0. lg/cm3 0.2g/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料導流筒，其特征是筒體的表面設(shè)有增密涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復合材料導流筒，其特征是增密涂層的表觀密度為1.5g/cm3 1. 7g/cm3，增密涂層厚度為 0. 5 mm 1. 5 mm。
專利摘要本實用新型公開了一種生產(chǎn)簡單、保溫效果好，強度高的碳/碳復合材料導流筒，它包括筒體，其特征是所述的筒體包括外筒(2)、內(nèi)筒(3)，外筒(2)、內(nèi)筒(3)的一端通過法蘭(1)連接，另一端通過連接環(huán)(5)連接組成一個整體，外筒(2)、內(nèi)筒(3)之間設(shè)有炭氈(4)，所述外筒(2)、內(nèi)筒(3)、法蘭(1)和連接環(huán)(5)均由密度為1.0g/cm3～1.4g/cm3碳/碳復合材料制備，所述炭氈(4)的密度為0.1g/cm3～0.2g/cm3，本實用新型制作方法簡單易行，制備的導流筒的保溫性能、力學性能比石墨導流筒強，提高了導流筒表面的抗沖刷能力、耐腐蝕能力，防止導流筒表面掉渣掉塊。
文檔編號C30B15/00GK202279867SQ20112021967
公開日2012年6月20日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者廖寄喬, 李軍, 王躍軍, 邰衛(wèi)平, 龔玉良 申請人:湖南金博復合材料科技有限公司