[發明專利]一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層及其制備方法

在審

• 申請號: 201710463996.3
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107216663A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 李波
• 申請（專利權）人: 青島美卡新型材料有限公司
• 主分類號: C08L95/00
• 分類號: C08L95/00;C08L33/04;C08L47/00;C08L83/04;C08K3/04;C08K5/41;C08K5/3445
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技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及到一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層及其制備方法。

背景技術

碳碳復合材料是一種碳纖維增強碳基體的復合材料，具有密度低、強度高、導熱快、高溫強度保留率高、熱升華溫度高以及可以獲得高純度等優異性能，是一種具有性能可設計和抗熱震性的新型高性能復合材料，特別適合在要求減重且物理、化學、力學性能穩定性和可靠性極高的高溫及超高溫環境中，在高溫工業領域得到廣泛的認可和應用，特別是硅材料熔煉提純、鑄錠、拉制單晶等領域。目前在光伏多晶硅鑄錠行業爐腔保溫熱場采用的碳碳復合材料承重板及隔離蓋板，強度好、耐高溫，但是因為其本身為碳、在高溫爐腔內與多晶硅熔化后產生的氣態硅發生化合反應，形成硬度高且脆度高的碳化硅層，導致碳碳復合材料板崩皮損壞，縮短了使用壽命，而且分離的碳化硅碎屑容易掉入多晶硅熔液中，造成多晶硅錠中雜質的增加，從而影響其品質。

目前常用的對于碳碳復合材料的改進方法為，在碳碳復合材料的表面設置涂層，如陶瓷涂層，防止碳化硅層的形成，但是陶瓷涂層在高溫環境下易脫落，此時需要將整個機材換掉才能繼續生產，生產成本高。中國專利申請號2013201686423(申請日為2013.04.07)的《一種直接保護碳纖維的抗硅蒸汽侵蝕內涂層》公開了在碳纖維表面覆蓋一層化學氣相沉積的初級熱解碳基底層，在該初級熱解碳基底層表面覆蓋有一層化學氣相沉積的二級富碳化硅保護層，可直接保護碳纖維增強材料免受硅蒸汽侵蝕，但是操作復雜，不能單獨對內涂層進行更換，生產成本高。因此，需要設計一種碳碳復合材料的保護層，更換操作簡單便捷，有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質量，降低成本。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層及其制備方法。該保護層通過物理方法固定在碳碳復合材料上，更換簡單，操作便捷，可有效防止碳化硅層的產生和損壞，保證多晶硅成品錠的質量，降低成本。

為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層，包含下述質量份數的原料：石墨膠50～70份，天然瀝青10～20份，混合乳液20～30份。

所述石墨膠由下述質量份數的原料組成：石墨粉25～50份，丙酮5～30份，熱固性樹脂10～20份。

所述熱固性樹脂為聚丙烯酸酯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丁二烯樹脂或者有機硅樹脂中一種或幾種。

所述混合乳液由下述質量份數的原料組成：乙醇40～60份，液氨5～10份，氫氧化鈉7～15份，十二烷基硫酸鹽5～10份，質量分數為0.2％～10％的溴鹽類離子液體20～35份。

所述溴鹽類離子液體為1,4-二(十二烷基咪唑)丁基溴鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴、十二烷基甲基吡咯溴中的一種。

本發明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨固體置于球磨機中進行機械粉碎，得到粒徑大小在3μm～7μm范圍的石墨粉；

(2)將石墨粉、丙酮、熱固性樹脂置于帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，制備得到石墨膠；

(3)將乙醇、液氨、氫氧化鈉、十二烷基硫酸鹽、溴鹽類離子液體混合，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制備得到混合乳液；

(4)將石墨膠、天然瀝青、混合乳液置于帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，加熱釜體，保持釜體內溫度為120℃～220℃，壓力為1～3atm，攪拌軸轉速為1000～2000rpm/min，反應時間為3～6h；

(5)停止反應后，從釜體內取出產物，利用壓片機進行壓制成片狀，厚度為1.2～1.5mm，在50℃～80℃進行烘干，得到石墨烯紙保護層。

本發明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復合材料的保護層制備完成后，得到的是厚度為1.2～1.5mm的石墨烯紙保護層，使用該石墨烯紙保護層時，利用石墨烯紙保護層將光伏多晶硅鑄錠行業爐腔保溫熱場中多晶硅蒸汽與碳碳復合材料承重板及隔離蓋板的接觸范圍全部覆蓋，并在碳碳復合材料承重板及隔離蓋板的非結構受力點進行合適數量的打孔，且在覆蓋的保護層的相應位置上進行打孔，利用螺栓固定連接保護層和碳碳復合材料承重板及隔離蓋板。當保護層發生損壞后，可直接更換保護層，不需要更換碳碳復合材料承重板及隔離蓋板，操作方便，降低成本，且有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質量。