一種炭炭坩堝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種炭炭坩堝，包括由碳纖維制成的、圓筒狀的坩堝本體，所述坩堝本體的底部與側(cè)壁間具有過(guò)渡圓弧，所述過(guò)渡圓弧與坩堝本體的徑向夾角a為3-10°，所述坩堝本體的內(nèi)徑為1-45吋，厚度為1-30mm。本實(shí)用新型所述的炭炭坩堝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，克服了原有石墨重且易碎的缺點(diǎn)，且坩堝內(nèi)部絲束分布均勻，厚度均勻，層間貼合緊密，坩堝的整體物理性能優(yōu)異，使用壽命長(zhǎng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種炭炭坩堝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種坩堝，具體涉及一種用于單晶爐用的炭炭坩堝。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶爐中，需要用到坩堝，對(duì)承裝硅料的石英坩堝起承裝和固定作用。最常見(jiàn)的為三瓣式石墨坩堝，由于坩堝本身由三片拼接而成，自身穩(wěn)定性較差，再加上石墨本身易碎的特性，坩堝的使用壽命往往較短。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可替代傳統(tǒng)石墨三瓣坩堝、且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)的炭炭坩堝。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種炭炭坩堝，包括由碳纖維制成的、圓筒狀的坩堝本體，所述坩堝本體的底部與側(cè)壁間具有過(guò)渡圓弧，所述過(guò)渡圓弧與坩堝本體的徑向夾角a為3-10°，所述坩堝本體的內(nèi)徑為1-45吋，厚度為l_30mm。
[0006]優(yōu)選的是:所述的坩堝本體的內(nèi)徑為10吋，厚度為3mm。
[0007]優(yōu)選的是:所述的徑向夾角a為5°
[0008]本實(shí)用新型的有益效果在于，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，以碳纖維進(jìn)行纏繞固化，克服了原有石墨重且易碎的缺點(diǎn)，而且，所制得的坩堝外形美觀，內(nèi)部絲束分布均勻，厚度均勻，層間貼合緊密，坩堝的整體物理性能優(yōu)異，使用壽命長(zhǎng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1示出了本實(shí)用新型所述炭炭坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2示出了本實(shí)用新型的工藝流程方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]本實(shí)用新型所述的炭炭坩堝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括由碳纖維制成的、圓筒狀的坩堝本體1，所述坩堝本體I的底部與側(cè)壁間具有過(guò)渡圓弧11，且所述過(guò)渡圓弧11與坩堝本體I的徑向夾角a為3-10°，所述坩堝本體I的內(nèi)徑為1-45吋，厚度為l_30mm。
[0013]如圖2所示，本實(shí)用新型所述的炭炭坩堝，其制作方法包括以下步驟:
[0014]I)坩堝預(yù)制體制作:在纏繞張力為0.1-10N下，將碳纖維在芯模上逐層纏繞成型，制得坩堝預(yù)制體，其中，所述芯模的表面涂有脫模劑，所述纏繞成型過(guò)程中，第一層至倒數(shù)第二層的碳纖維在芯模上的纏繞角度為0-45°，最后一層碳纖維的纏繞角度為0-90°，所述碳纖維的絲束為I?350K，其中所述K表示絲束千根數(shù)，優(yōu)選的是:纏繞完成后，相鄰兩層碳纖維的纏繞方向彼此錯(cuò)開(kāi)，更優(yōu)選的是:纏繞完成后，任意兩層碳纖維的纏繞方向彼此錯(cuò)開(kāi)；
[0015]2)坩堝固化:將步驟I)中纏繞好的坩堝預(yù)制體置于干燥爐中進(jìn)行熱固化處理:先在60?100°C下，熱固化處理1-2小時(shí)，然后升溫至170?230°C，熱固化處理2_4小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模；
[0016]3)坩堝增密:以化學(xué)氣相沉積、樹(shù)脂浸潰-炭化及浙青浸潰-炭化相結(jié)合的方式對(duì)坩堝制品進(jìn)行增密處理，其中:
[0017]所述的化學(xué)氣相沉積是在溫度為800-1200°C、壓力為1200Pa下，以不大于10m3/h的流量向化學(xué)氣相爐中通入天然氣，對(duì)坩堝制品進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，
[0018]所述的樹(shù)脂浸潰-炭化是將坩堝制品放入真空-壓力樹(shù)脂浸潰罐中在壓力(-0.0SOMPa下進(jìn)行樹(shù)脂浸潰固化處理，然后將浸潰后的坩堝制品轉(zhuǎn)入碳化爐中在
0.3-5MPa下進(jìn)行炭化處理，
[0019]所述的浙青浸潰-炭化將坩堝制品放入真空-壓力浙青浸潰罐中在壓力(-0.0SOMPa下進(jìn)行浙青浸潰固化處理，然后將浸潰后的坩堝制品轉(zhuǎn)入碳化爐中在30-100MPa下進(jìn)行炭化處理；
[0020]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，在進(jìn)行坩堝增密處理前，所述坩堝制品先進(jìn)行高溫開(kāi)孔處理，其過(guò)程為:將坩堝制品置于溫度為1300?2600°C下，高溫開(kāi)孔處理I?10小時(shí)；
[0021]4)制品密度檢測(cè):對(duì)步驟3)中制得的坩堝制品進(jìn)行密度檢測(cè)，對(duì)于密度< 1.70g/cm3的坩堝制品，重復(fù)步驟3)中的坩堝增密步驟，直至坩堝的密度> 1.70g/cm3，獲得炭炭坩禍成品。
[0022]實(shí)施例1
[0023]以制作一種厚度為3_、內(nèi)徑為10吋的炭炭坩堝為例，其制作方法包括以下制作
步驟:
[0024]I)芯模選擇:根據(jù)所要制作的炭炭坩堝的尺寸，選擇外徑為25.4cm的不銹鋼芯模，并在芯模的外表面均勻涂上0.1?0.3mm厚的水性聚氨酯脫模劑，待纏繞；
[0025]2)坩堝預(yù)制體制作:將步驟I)中的芯模安裝在纏繞機(jī)上，選用12K絲束的碳纖維，其展紗寬度為8mm，經(jīng)計(jì)算確定所需纏繞的層數(shù)為8層，其纏繞過(guò)程如下:
[0026]a、纏繞第I層:將碳纖維按30°的角度在芯模表面進(jìn)行纏繞，纏繞壓力為2N ；
[0027]b、纏繞第2層:將碳纖維按45°的角度，且其纏繞方向與第一層碳纖維纏繞方向錯(cuò)開(kāi)15°，繼續(xù)在芯模的表面進(jìn)行纏繞，纏繞壓力為2N ；
[0028]C、纏繞第3至7層:按照上述纏繞方式，依次類(lèi)推，直至纏繞至第7層，纏繞壓力為2N ；
[0029]d、纏繞第8層:將碳纖維按60°的角度，且其纏繞方向與第一層碳纖維纏繞方向錯(cuò)開(kāi)30°，繼續(xù)在芯模的表面進(jìn)行纏繞，纏繞壓力為2N ；
[0030]通過(guò)上述纏繞方式，最終制得纏繞層厚度均勻、層間貼合緊密、外觀形狀好的坩堝預(yù)制體；
[0031]3)坩堝固化:將制得的坩堝預(yù)制體外用模具夾緊，夾緊壓力為200-500N，并置于干燥爐中進(jìn)行熱固化處理:先在90°C下，熱固化處理2小時(shí)，然后升溫至230°C，熱固化處理3小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模；
[0032]4)高溫開(kāi)孔:將固化后的坩堝置于爐中，在2300°C下，高溫開(kāi)孔處理8小時(shí)；[0033]5)坩堝增密:以化學(xué)氣相沉積、樹(shù)脂浸潰-炭化及浙青浸潰-炭化相結(jié)合的方式對(duì)高溫開(kāi)孔后的坩堝進(jìn)行增密處理，其增密過(guò)程包括如下處理步驟:
[0034]a、在溫度為1000°C、壓力為750Pa下，以4.5m3/h的流量向化學(xué)氣相爐中通入天然氣，對(duì)坩堝制品進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；
[0035]b、將經(jīng)過(guò)化學(xué)氣相沉積處理的坩堝制品放入真空-壓力樹(shù)脂浸潰罐中在壓力<-0.0SOMPa下進(jìn)行樹(shù)脂浸潰固化處理，然后將浸潰后的坩堝制品轉(zhuǎn)入碳化爐中在
0.3-5MPa下進(jìn)行炭化處理，其中，所述的樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂；
[0036]C、將坩堝制品放入真空-壓力浙青浸潰罐中在壓力≥-0.0SOMPa下進(jìn)行浙青浸潰固化處理，然后將浸潰后的坩堝制品轉(zhuǎn)入碳化爐中在SOMPa下進(jìn)行炭化處理。
[0037]6)制品密度檢測(cè):對(duì)經(jīng)過(guò)增密處理的坩堝制品進(jìn)行密度檢測(cè)，對(duì)于密度< 1.70g/cm3的坩堝制品，重復(fù)步驟4)中的坩堝增密步驟，直至坩堝的密度> 1.70g/cm3，獲得炭炭坩禍成品。
[0038]本實(shí)施例1制得的炭炭坩堝，其過(guò)渡圓弧11與坩堝本體I的徑向夾角a為5°，制得的炭炭坩堝的密度為1.75g/cm3，可在2000°C以上的溫度下使用100-150爐。
[0039]綜上所述僅為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。即凡依 本實(shí)用新型申請(qǐng)專(zhuān)利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種炭炭坩堝，其特征在于:包括由絲束為I?350K的碳纖維纏繞成的、圓筒狀的坩堝本體，所述坩堝本體的第一層至倒數(shù)第二層的碳纖維纏繞角度為0-45°，最后一層的碳纖維纏繞角度為0-90°，且相鄰兩層碳纖維的纏繞方向彼此錯(cuò)開(kāi)；所述坩堝本體的底部與側(cè)壁間具有過(guò)渡圓弧，所述過(guò)渡圓弧與坩堝本體的徑向夾角a為3-10°，所述坩堝本體的內(nèi)徑為1-45吋，厚度為l_30mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭炭坩堝，其特征在于:所述的坩堝本體的內(nèi)徑為10吋，厚度為3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭炭坩堝，其特征在于:所述的徑向夾角a為5°。
【文檔編號(hào)】C30B35/00GK203700588SQ201320475423
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】康養(yǎng)科, 楊水萍, 高靖宇, 龍禮妹 申請(qǐng)人:東莞市凱鵬復(fù)合材料有限公司