[發明專利]碳/碳復合材料發熱體及其生產工藝

有效

• 申請號: 200810032143.5
• 申請日: 2008-08-21
• 公開（公告）號: CN101386547A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 廖寄喬;邰衛平;王躍軍;龔玉良
• 申請（專利權）人: 湖南金博復合材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 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：

本發明涉及一種多晶硅爐、單晶爐等高溫爐部件，具體地說是一 種由碳/碳復合材料加工制造的發熱體及其生產工藝。

背景技術：

多晶硅爐和單晶爐是太陽能光伏產業普遍應用的主要設備，其最 高使用溫度高達1600℃以上，目前，往往采用電阻加熱方式，其發 熱體普遍采用三高石墨制作。由于石墨力學性能較差，制品強度低， 在外力作用下容易破碎，使用壽命較短。此外，石墨抗熱抗震性不好， 在反復高溫熱震條件下易產生微裂紋，微裂紋的存在影響著制品的電 學性能和熱學性能，改變了其導電導熱性能，使加熱時石墨加熱器的 功率及爐內熱場發生變化，影響了生產的正常進行，也導致企業生產 成本增加。另外，發熱體采用長而窄的U型結構時，若用石墨加工， 則需用機加工方法將整塊料的中間部分切除，耗材較多，加工難度也 較大。專利號為200610043185.X、授權公告號為CN100366581C、發 明名稱為單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用碳/碳加熱器的制備方法的 專利公開了一種碳/碳加熱器的制備方法，用以替代石墨加熱器。該 方法采用碳布準三向結構預制體，通過化學氣相沉積和糠酮樹脂浸漬 碳化以及熱等靜壓瀝青碳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 場碳/碳加熱器。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、環保的碳/碳復合材料發熱 體及其生產工藝。

本發明是采用如下技術方案實現其發明目的的，一種碳/碳復合 材料發熱體生產工藝，它包括以下步驟：

(1)制坯：將由碳纖維制成的網胎與碳布通過針刺使之復合，制成 所需要求的發熱體預制體；

(2)增密：將步驟(1)所得的發熱體預制體經化學氣相滲透(沉積) 增密，制成所需要求的發熱體坯體；

(3)純化：將步驟(2)所得的發熱體坯體放入高溫爐中，在真空條件 下加熱去除其中雜質；

(4)機加工：將步驟(3)所得發熱體坯體機加工成所需形狀和尺寸的 發熱體。

本發明為去除機加工過程中產生的雜質，在步驟(4)后進行凈化， 所述的凈化為將發熱體成品放入真空爐中，在真空條件下加熱至1600 ℃～2800℃，保溫30分鐘～360分鐘。

本發明在步驟(1)中，所述網胎的面密度為20g/m²～200g/m²，碳 布的面密度為100g/m²～400g/m²，制成的發熱體預制體，其表觀密 度為0.3g/cm³～0.7g/cm³。

本發明在步驟(2)中，發熱體坯體的表觀密度為1.2g/cm³～ 1.9g/cm³。

本發明在步驟(3)中純化溫度為1600℃～2800℃，保溫時間為3h～ 10h。

一種由上述生產工藝加工所得的發熱體，它由碳纖維經制坯—增 密—純化—機加工制成，其形狀為U形、棒狀、筒形或板狀。

一種由上述生產工藝加工所得的發熱體，它由碳纖維經制坯—增 密—純化—機加工—凈化制成，其形狀為U形、棒狀、筒形或板狀。

本發明所述發熱體為筒形或板狀時，其上設有導流散熱槽并均 布。

由于采用上述技術方案，本發明較好的實現了發明目的，其工藝 簡單，制坯時，采用由蓬松的針狀碳纖維組成的網胎，在針刺時較容 易獲得準三維預制體，預制體內部碳纖維縱橫交錯，抱合力較強，不 會脫層，結構穩定，同時，預制體孔隙較小，也便于加快后續的增密 過程；采用化學氣相沉積增密制成的發熱體毛坯由碳纖維和碳素基質 構成，其中碳素基質系由采用高溫熱解方式獲得的熱解碳組成，純度 很高，只須在真空或保護氣氛下高溫純化即可獲得灰份＜180ppm的 碳/碳復合材料制品，節能環保。

附圖說明：

圖1是發熱體為U形時的示意圖；