一种用于单晶生长炉的保温筒预制体的制作方法

本实用新型涉及高温炉保温材料技术领域，尤其是涉及一种用于单晶生长炉的保温筒预制体。

背景技术：

单晶硅是硅的单晶体，是具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上；用于制造半导体器件、太阳能电池等；是用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法(cz)、区熔法(fz)和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池片。

现在单晶行业规模最大的是cz单晶的生长，此工艺生产需要在温度1425℃时保温240小时左右，此时单晶生长炉的普遍运行功率在60kw/h，造成电耗过高。目前高耗能企业的最迫切需求就是降低电耗，降低成本，提升企业竞争力。

如何从保温筒的角度出发，对保温筒进行改进，提高保温筒的保温性能，减少保温筒的热量散失，降低单晶生长炉的电耗，降低成本，提升企业竞争力，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于单晶生长炉的保温筒预制体。

为解决上述的技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种用于单晶生长炉的保温筒预制体，包括内碳-碳复合材料筒、外碳-碳复合材料筒、高密度的碳纤维软毡一、低密度的碳纤维软毡二、石墨纸；

所述内碳-碳复合材料筒的筒壁外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第一石墨纸层；

所述第一石墨纸层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第一碳纤维软毡层；

所述第一碳纤维软毡层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第二石墨纸层；

所述第二石墨纸层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第二碳纤维软毡层；

所述第二碳纤维软毡层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第三石墨纸层；

所述第三石墨纸层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第三碳纤维软毡层；

所述第三碳纤维软毡层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第四石墨纸层；

所述第四石墨纸层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡二构成第四碳纤维软毡层；

所述第四碳纤维软毡层的柱状外表面上通过粘结剂粘贴套设有外碳-碳复合材料筒。

优选的，所述内碳-碳复合材料筒的筒壁厚度为3～5mm。

优选的，所述外碳-碳复合材料筒的筒壁厚度为1～3mm。

优选的，所述第一碳纤维软毡层、第二碳纤维软毡层以及第三碳纤维软毡层的厚度均为8～12mm，所述第四碳纤维软毡层的厚度为50～60mm。

优选的，所述石墨纸为厚度0.2～0.8mm的石墨纸。

本实用新型提供了一种用于单晶生长炉的保温筒预制体，包括内碳-碳复合材料筒、外碳-碳复合材料筒、高密度的碳纤维软毡一、低密度的碳纤维软毡二、石墨纸；

保温筒预制体的筒壁分为多层，从筒内到筒外依次为内碳-碳复合材料筒、第一石墨纸层、第一碳纤维软毡层、第二石墨纸层、第二碳纤维软毡层、第三石墨纸层、第三碳纤维软毡层、第四石墨纸层、第四碳纤维软毡层、外碳-碳复合材料筒；

如此，本申请对保温筒进行了改进，采用了碳-碳复合材料、碳纤维软毡以及石墨纸这三种材料，形成了不同材料间隔叠加的多层结构，实现了对保温筒预制体的材料改进与结构改进，组装完成后得到的保温筒预制体经过高温处理后即可变成成品的保温筒；

本申请中，高密度的碳纤维软毡一起到阻断热量辐射的作用，低密度的碳纤维软毡二起到阻断热量传递的作用；

本申请从保温筒的角度出发，对保温筒的结构进行了改进，提高了保温筒的保温性能，减少了保温筒的热量散失，降低了单晶生长炉的电耗，降低了成本，提升了企业竞争力。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的一种用于单晶生长炉的保温筒预制体的剖视结构示意图。

图中：1内碳-碳复合材料筒，2第一石墨纸层，3第一碳纤维软毡层，4第二石墨纸层，5第二碳纤维软毡层，6第三石墨纸层，7第三碳纤维软毡层，8第四石墨纸层，9第四碳纤维软毡层，10外碳-碳复合材料筒。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1，图1为本实用新型的实施例提供的一种用于单晶生长炉的保温筒预制体的剖视结构示意图。

本申请提供了一种用于单晶生长炉的保温筒预制体，包括内碳-碳复合材料筒1、外碳-碳复合材料筒10、高密度的碳纤维软毡一、低密度的碳纤维软毡二、石墨纸；

所述内碳-碳复合材料筒1的筒壁外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第一石墨纸层2；

所述第一石墨纸层2的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第一碳纤维软毡层3；

所述第一碳纤维软毡层3的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第二石墨纸层4；

所述第二石墨纸层4的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第二碳纤维软毡层5；

所述第二碳纤维软毡层5的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第三石墨纸层6；

所述第三石墨纸层6的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡一构成第三碳纤维软毡层7；

所述第三碳纤维软毡层7的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有石墨纸构成第四石墨纸层8；

所述第四石墨纸层8的柱状外表面上通过粘结剂粘贴包覆有碳纤维软毡二构成第四碳纤维软毡层9；

所述第四碳纤维软毡层9的柱状外表面上通过粘结剂粘贴套设有外碳-碳复合材料筒10。

在本申请的一个实施例中，所述内碳-碳复合材料筒1的筒壁厚度为3～5mm。

在本申请的一个实施例中，所述外碳-碳复合材料筒10的筒壁厚度为1～3mm。

在本申请的一个实施例中，所述第一碳纤维软毡层3、第二碳纤维软毡层5以及第三碳纤维软毡层7的厚度均为8～12mm，所述第四碳纤维软毡层9的厚度为50～60mm。

在本申请的一个实施例中，所述石墨纸为厚度0.2～0.8mm的石墨纸；优选的，且为经过高温处理后的石墨纸，高温处理石墨纸的温度为1700℃，为了降低石墨纸的灰分。

本申请中，碳/碳复合材料(也称作碳-碳复合材料)是碳纤维及其织物增强碳基体的复合材料，具有低密度(＜2.0g/cm³)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。

本申请中，最内层采用上述筒壁厚为3～5mm且筒壁外表面上粘贴石墨纸的内碳-碳复合材料筒1，主要因为是碳-碳复合材料筒的导热低、不易断裂，且高温处理后的石墨纸具有很好的热反射效果和直径方向的均热效果，该直径方向的均热效果可使炉内热场温度更加稳定；

然后在第一层石墨纸层的柱状外表面上再粘贴包覆高密度的碳纤维软毡一，进一步增强热反射效果；然后在高密度的碳纤维软毡一上继续粘贴包覆厚度0.2～0.8mm且经过高温处理后的石墨纸，实现均热效果，为晶体生长提供更加稳定的热环境；

然后将上述碳纤维软毡一、碳纤维软毡二与石墨纸间隔缠绕包覆到需要的厚度后，最外层采用筒壁厚度为1～3mm的外碳-碳复合材料筒10进行封闭；

在降低电耗的同时，保证了热场内温度稳定，又达到产品生产效率以及合格率的提高，大大提升了企业的市场竞争力。

本申请的具体方案要点为：1).根据长晶行业的不同，根据温度的差异，决定厚度0.2～0.8mm且经过高温处理后的石墨纸的使用层数；2).根据炉内热场温度分布，密度高的碳纤维软毡一与密度低的碳纤维软毡二的层数的合理分配；3).多种不同的材料组合在一起后，保温筒预制体的尺寸保证需要韧性好的碳-碳复合材料以及少量的粘结剂；组装完成后的保温筒预制体经过高温处理即可变成成品的保温筒；该成品的保温筒在较其他同类产品使用的粘结剂少很多的情况下，提高了保温性能，可比其他保温筒降低5～10kw/h的功率，又保证了保温筒的尺寸以及寿命的绝对优势。

本申请中，内碳-碳复合材料筒1起到固定作用，外碳-碳复合材料筒10起到固定作用，高密度的碳纤维软毡一使用在靠近热源的位置，起到热反射作用，低密度的碳纤维软毡二使用在远离热源的位置，起到阻断热传递的作用，石墨纸使用在靠近热源的位置，然后通过少量粘结剂组合在一起形成保温筒预制体，然后再经过高温处理，制作出一个新型的三明治结构的保温筒。

本申请中，组装完成后得到的保温筒预制体，经过高温处理后即可变成成品的保温筒；此处高温处理是在温度2300℃下保温一定时间，以把粘结剂碳化。

本实用新型未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。