[發明專利]一種固化碳纖維氈及其制備方法

有效

• 申請號: 202011481848.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112591729B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 彭浩波
• 申請（專利權）人: 彭浩波
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/205;C04B30/02;C04B14/38;C04B38/10;C04B35/66;C08L75/08;C08L61/06;C08L65/00;C08L63/00;C08L77/00;C08L75/04;C08K7/06;C08J9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種固化碳纖維氈及其制備方法。該方法主要基于發泡原理來實現碳纖維在固化碳纖維氈中的均勻分布以及獲得密度非常低的固化碳纖維氈，固化碳纖維氈的密度為0.18g/cm³～0.22g/cm³，導熱系數為0.19W/mk～0.22，灰分≤28ppm，比熱量為0.35～0.65J/g·k；特別適合真空電阻爐、感應爐、燒結爐、熱處理爐等熱場中應用。

技術領域

本發明涉及一種碳氈，尤其涉及一種低密度以及高熱性能的固化碳纖維氈，還涉及其制備方法，屬于碳氈制備技術領域。

背景技術

在半導體和太陽能行業，單晶硅和多晶硅是一種很重要的半導體材料。工業生產中，對半導體和太陽能用的單晶硅和多晶硅要求純度非常高。所以，生產單晶硅和多晶硅的高溫爐，其保溫材料普遍采用碳纖維氈作為隔熱層。碳纖維氈分為軟氈和固化碳氈，軟氈就是碳纖維直接針刺成的氈，密度0.1g/cm³以下，質地較軟。固化碳氈是在軟氈基礎上，碳纖維表面被樹脂熱解碳包覆，密度在0.3g/cm³以上，質地較硬。其中固化碳氈相對于軟氈具有低揮發性、自支撐作用、安裝更換方便等優點，廣泛應用在真空高溫爐和惰性氣氛保護爐中。

目前，制備固化碳氈方法有三種。一是將多層軟氈疊層后浸漬到樹脂溶液中，然后進行瀝干、碳化。二是將樹脂刷涂在軟氈的表面，然后一層一層粘接起來，碳化之后得到固化碳氈。三是將碳纖維網胎一層一層針刺到相應模具內，取出進行短時間碳氣相沉積，再機加工得到固化碳纖維氈。第一種方法，由于多層軟氈疊層接觸區域纖維密度較大，樹脂容易堆積，造成固化碳氈密度不均勻，隔熱性能較差。第二種方法由于樹脂刷涂在軟氈表面，軟氈內部樹脂含量很少，或者幾乎沒有樹脂，造成制備出來的固化碳氈自支撐性弱，影響安裝精度。第三種方法很難制做大型和異型的產品，且生產成本高，周期長，難以控制密度。

中國專利CN100567217C提出了一種硅晶體生長爐用的高純固化炭氈制備方法，高溫預處理使產品成為石墨氈體；用石墨氈體制作坯體；對均勻滲入固化劑的坯體進行固化定型；炭化處理坯體；再對坯體進行化學氣相預沉積；對零件的部分需切削加工的表面進行機械切削加工；再對坯體高溫處理。該方法制備的固化炭氈導熱系數低，節能保溫效果好，輕質高強，質量穩定，使用可靠，金屬雜質含量可控制在300ppm甚至100ppm以內，但是仍然存在產品制備工藝復雜、產品保溫效果差的缺點。

中國專利CN202430447U提出了一種雙面斜刺制備預氧絲厚氈的設備，升降機構驅動連接升降板本實用新型的雙面針刺設備，節省工藝流程，均勻性強，操作方便，可以連續生產，生產效率高，適合批量生產。但是此種設備制備過程仍然為傳統碳氈生產工藝，生產過程中存在工藝復雜、產品保溫效果差的缺點。

中國專利CN102505340A提出了一種制備預氧絲厚氈的方法，通過該方法可以制得均一性好的預氧絲整體氈，經過后期的碳化處理和高溫化處理后，可以得到保溫性能優異、使用壽命長的碳纖維隔熱氈。本發明的設備結構簡單，操作簡單，可以連續生產，生產效率高，適合批量生產。但是此種方法仍然具有產品性能差，生產連續性有限等缺點。

發明內容

針對現有技術制備的固化碳纖維氈存在的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種具有低密度以及高熱性能的固化碳纖維氈，該固化碳纖維氈的密度為0.18g/cm³～0.22g/cm³，導熱系數為0.19W/mk～0.22W/mk，灰分≤28ppm，比熱量為0.35J/g·k～0.65J/g·k，滿足真空電阻爐、感應爐、燒結爐、熱處理爐等熱場中應用要求。

本發明的第二個目的是在于提供一種基于發泡原理制備固化碳纖維氈的方法，該方法步驟簡單、成本低，適宜于工業化生產。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種固化碳纖維氈的制備方法，該方法包括以下步驟：