[發明專利]碳/碳化鎢復合材料及其制備方法、緊固件和應用

在審

• 申請號: 202211680911.4
• 申請日: 2022-12-27
• 公開（公告）號: CN115947607A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 廖寄喬;李軍;李靖廷;石磊;劉學文;王躍軍;龔玉良
• 申請（專利權）人: 湖南金博碳素股份有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622;C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 周孝湖

本申請涉及單晶生產設備技術領域，特別是一種碳/碳化鎢復合材料及其制備方法、緊固件和應用。碳/碳化鎢復合材料的制備方法，包括如下步驟：步驟S1：提供碳纖維預制體；步驟S2：將碳纖維預制體浸漬于含有碳化鎢、補強劑和粘結劑的分散液中，干燥除去溶劑，得到內壁和/或表面分布有碳化鎢的碳纖維預制體；步驟S3：將內壁和/或表面分布有碳化鎢的碳纖維預制體壓制成型，得到碳/碳化鎢坯體；步驟S4：對碳/碳化鎢坯體進行燒結處理。上述碳/碳化鎢復合材料的制備方法，通過在碳纖維預制體中引入碳化鎢，使得制品具有與碳化鎢相近的密度，進而顯著提升了制品的密度和機械強度。

技術領域

本申請涉及單晶生產設備技術領域，特別是一種碳/碳化鎢復合材料及其制備方法、緊固件和應用。

背景技術

隨著電子芯片的高速發展，對半導體硅片的各項性能提出了越來越高的要求。相應地，對生產和制造半導體硅片的設備也提出了更高的要求。傳統技術通常采用直拉法制備單晶硅，所使用的單晶爐中的大部分零部件是由石墨或者碳/碳復合材料制成。雖然這兩類材料能夠滿足目前實際應用的需求，但性能仍有較大的提升空間。

單晶生產設備中的大部分結構件需要通過緊固件來連接。相較于結構件，緊固件拆卸更加頻繁，因此對密度、機械強度和耐磨損性能有著更高的要求。傳統的石墨緊固件強度低、脆性大、易損壞、成本高且易產生裂紋，故而在實際應用中受到較大的限制。碳/碳復合材料的緊固件雖然具有質量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊性好以及損失容限高等優勢，但密度和機械強度仍可提高。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠提高密度和機械強度的碳/碳化鎢復合材料及其制備方法、緊固件和應用。

第一方面，提供一種碳/碳化鎢復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：提供碳纖維預制體；

步驟S2：將碳纖維預制體浸漬于含有碳化鎢、補強劑和粘結劑的分散液中，干燥除去溶劑，得到內壁和/或表面分布有碳化鎢的碳纖維預制體；

步驟S3：將內壁和/或表面分布有碳化鎢的碳纖維預制體壓制成型，得到碳/碳化鎢坯體；

步驟S4：對碳/碳化鎢坯體進行燒結處理。

上述碳/碳化鎢復合材料的制備方法，通過在碳纖維預制體中引入碳化鎢，使得制品具有與碳化鎢相近的密度，進而顯著提升了制品的密度和機械強度。此外，由于粘結劑的存在，使得碳化鎢能夠與碳纖維預制體結合緊密，因此提高了制品的穩定性和使用壽命。進一步地，補強劑的加入能夠減少了體系中存在的雜質，提升制品的致密度、韌性和力學性能。最后，通過采用壓制成型工藝對內壁和/或表面分布有碳化鎢的碳纖維預制體進行增密，能夠顯著提高碳/碳化鎢坯體的密度，并且工藝簡單、成本較低。

在其中一些實施例中，步驟S1中，通過二維編織和/或針刺方式制備碳纖維預制體。

在其中一些實施例中，步驟S2中，補強劑包括酚醛樹脂、鎢粉和鈦粉，粘結劑包括機油、硬脂酸和石蠟中的至少一種；可選地，鎢粉的粒徑為20μm～50μm；可選地，鈦粉的粒徑為30μm～40μm；進一步可選地，以質量份數計，補強劑包括：4份～6份的酚醛樹脂、7份～8份的鎢粉和7份～8份的鈦粉；進一步可選地，以質量份數計，粘結劑包括：1份～2份的機油、1份～2份的硬脂酸和1份～2份的石蠟。

在其中一些實施例中，以質量份數計，分散液包括：70份～90份的碳化鎢、8份～20份的補強劑和1份～5份的粘結劑；和/或分散劑為去離子水。

在其中一些實施例中，步驟S2中，碳纖維預制體完全浸漬于分散液中；和/或將碳纖維預制體浸漬于含有碳化鎢、補強劑和粘結劑的分散液中的條件為真空環境中靜置24h～48h；和/或干燥除去分散劑的條件為于100℃～120℃干燥24h～48h。

在其中一些實施例中，步驟S3中，壓制成型的壓力為1T～5T。