[發明專利]炭/炭復合材料坩堝及其生產工藝

有效

• 申請號: 200810031364.0
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101319353A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 廖寄喬;邰衛平;王躍軍;龔玉良;熊翔;黃伯云
• 申請（專利權）人: 湖南金博復合材料科技有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C04B35/83
• 代理公司: 益陽市銀城專利事務所
• 代理人: 舒斌;夏宗福

技術領域：

本發明涉及一種高溫爐用工裝，具體地說是一種單晶爐用炭/炭復合材料坩堝及其生產工藝。

背景技術：

目前，單晶爐內普遍應用的用來承載石英坩堝的石墨坩堝，俗稱多瓣堝，也有稱其為石墨坩堝托的，是單晶爐不可缺少的工裝。單晶爐拉制單晶硅棒時，盛裝多晶硅塊等原料的石英坩堝放入位于堝底之上的石墨坩堝內，在保護性氣氛中加熱熔化，調控到工藝溫度后，籽晶經導流筒插入熔融多晶硅液中，籽晶與石墨坩堝作逆向旋轉并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列順序結晶凝固成單晶硅棒。在單晶硅棒拉制過程中，爐內溫度為1200℃～1700℃，此時，石英坩堝變軟，要靠外面的石墨坩堝承托。石墨坩堝在高溫環境中使用，要承托石英坩堝及其中原材料的重量，并處于旋轉狀態，因石墨坩堝力學性能較差，在外力的作用下容易破裂，其壽命有的僅僅幾天，壽命長的往往也只有個多月，影響了企業的正常生產，導致企業生產成本增加。另外，石墨坩堝的生產加工耗材較多，難以滿足單晶硅生產發展的需要。專利申請號為200610043186.4、公開號為CN1907914A、發明名稱為單晶硅拉制爐用熱場炭/炭坩堝的制備方法的專利申請公開了一種炭/炭坩堝的制備方法，用以替代石墨坩堝。該方法采用炭布準三向結構預制體，通過化學氣相沉積和糠酮樹脂浸漬炭化以及熱等靜壓瀝青炭化相結合的致密工藝，反復致密處理數次，制品密度≥1.83g/cm³時致密工藝結束，在通入氯氣和氟利昂的條件下對制品進行高溫純化處理，機械加工后即可制得單晶硅拉制爐用熱場炭/炭坩堝。該方法采用的致密工藝，要反復致密處理數次，使制品密度≥1.83g/cm³時才能結束工藝，過程較為復雜，雜質含量較高，且要通入氯氣和氟利昂對制品進行純化處理，對環保帶來一定的壓力，在人們環保意識日益增強的今天，這是人們所不希望的。

發明內容：

本發明的目的是提供一種工藝簡單、環保的炭/炭復合材料坩堝及其生產工藝。

本發明是采用如下技術方案實現其發明目的的，一種炭/炭復合材料坩堝，它由炭纖維經制坯-增密-純化-機加工制成。

本發明所述的炭/炭復合材料坩堝，它由2-4瓣組成。

本發明所述的炭/炭復合材料坩堝，它由左瓣、右瓣組成，在左瓣、右瓣上設有裝吊孔。

本發明所述的炭/炭復合材料坩堝，它由碗狀托盤和圓筒上下兩部份組成，在圓筒上設有裝吊孔。

本發明所述的炭/炭復合材料坩堝，在坩堝上鉆有可封堵的通孔。

本發明所述炭/炭復合材料坩堝的生產工藝，它包括以下步驟：

(1)制坯：將由炭纖維制成的網胎與炭布通過針刺使之復合成氈，采用近凈成型的原理，把氈纏繞于模具上，在其上覆蓋一層炭布，再覆蓋一層網胎，如此交迭放置并通過針刺使之復合，制成所需要求的坩堝預制體；

(2)增密：將步驟(1)所得的坩堝預制體經化學氣相沉積增密，使其密度逐步增加并經石墨化處理，制成所需要求的坩堝坯體；

(3)純化：將步驟(2)所得的坩堝坯體放入高溫爐中，在真空或保護氣氛條件下加熱去除其中雜質；

(4)機加工：將步驟(3)所得坩堝坯體機加工成所需形狀和尺寸的坩堝。

本發明在步驟(1)中，所述網胎的面密度為20g/m²～160g/m²，炭布的面密度為200g/m²～320g/m²，氈的表觀密度為0.3g/cm³～0.5g/cm³，制成的坩堝預制體，其表觀密度為0.3g/cm³～0.7g/cm³。

本發明在步驟(2)中，坩堝坯體的表觀密度為1.43g/cm³～1.75g/cm³。

本發明在步驟(3)中，所述的純化為在真空或保護氣氛條件下加熱去除其中雜質，純化溫度為2300℃～2800℃，保溫時間為3h～12h。

本發明在步驟(4)后，為去除機加工過程中產生的雜質，將所得的坩堝成品放入真空爐中，在真空條件下加熱至1800℃～2300℃，保溫50分鐘-260分鐘。