专利名称：单晶炉导流筒及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单晶炉热场零件，具体地说是一种单晶炉导流筒 及其生产工艺。
背景技术：
单晶炉拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块等原料的石英坩埚放入位 于埚托之上的石墨坩埚托内，在保护性气氛中加热熔化，调控到工艺 温度后，籽晶经导流筒插入熔融多晶硅液中，与坩埚作逆向旋转并向 上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列顺序结晶凝固成单晶硅棒。 目前单晶炉导流筒普遍由石墨制成，在单晶硅棒拉制过程中，起着高 温气体导流的作用。既要求其具有良好的耐热性能和力学性能，又要 有一定的保温性能，以保持导流筒内单晶硅棒区与熔融的多晶硅液区 的温差。由于石墨制品强度低，其抗折强度为13MPa左右，导热系数 为140W/mK左右，抗热震性能较差，使用寿命较短；此外，大尺寸 导流筒成形困难，耗材较多，难以满足单晶硅生产发展的需要。炭/ 炭复合材料是一种将炭纤维制成的网胎与网胎、或炭布与炭布、或网 胎与炭布复合，再经过增密、炭化和石墨化处理而成，具有高比强度、 高比模量、耐高温、耐烧蚀、热膨胀系数小、耐急冷急热而不变形不 开裂等优良性能，特别适应于高温领域，现已成为或将逐步成为航空 航天、冶金、新能源等领域的重要基础材料之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用炭/炭复合材料加工制成的单晶炉 导流筒及其生产工艺。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的， 一种单晶炉导流 筒，其导流筒由炭/炭复合材料加工制成。
一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加工制成。
本发明所述导流筒包括表层和里层，表层的表观密度为
1. 2g/cm3 1. 7g/cm3，里层的表观密度为0. 4g/cm3 0. 9g/cm3。
本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观
密度出现较大差异，在表层与里层之间设有缓渗层。
本发明所述的缓渗层为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使表层与里层结
合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明所述单晶炉导流筒的生产工艺，它包括以下步骤
(1) 制坯将由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡， 作为表层，与作为里层的网胎层层缠绕后针剌复合，制成导流筒预制 体；
(2) 增密将步骤(l)所得的导流筒预制体经化学气相渗透(沉积) 和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；
(3) 纯化将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件
下加热去除其中杂质；
(4) 机加工将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的
导流筒。
本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观密度出现较大差异，在步骤(l)中将作为表层的毡、缓渗层及里层层层 缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层、作为表层的毡进行 针刺复合，制成导流筒预制体。
本发明在步骤(i)中，所述网胎的面密度为20g/m2 160g/m2，炭 布的面密度为200 g/m2 320g/m2，制成的导流筒预制体，其表观密度 为0. 25g/cm3 0. 58g/cm3。
本发明在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm3 1. 4g/cm3。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，其工艺 合理，因导流筒表层为高密度(1.2g/Cm3 1.7g/cm:i)的炭/炭复合材 料，其抗折强度为llOMPa左右，导热系数仅为10W/mK左右，而里层 为低密度(0.4g/Cm3 0.9g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为 0.8W/mK左右，因此，导流筒综合性能好，既具有足够的强度和耐磨 性，又具有较好的抗热震性和保温性能；同时，较之石墨导流筒，减 小了导流筒壁厚，减轻了导流筒质量，其自身耗能也减少。
附图是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
由附图可知， 一种单晶炉导流筒，其导流筒由炭/炭复合材料加 工制成。
一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制还一增密一纯化一机加工制成。本发明所述导流筒包括表层3和里层2，表层3的表观密度为 1.2g/W 1.7g/cm3 (本实施例为1.3g/cm3)，里层2的表观密度为 0. 4g/cm3 0. 9g/cm3 (本实施例为0. 7g/cm3)。
所述导流筒的生产工艺，它包括以下步骤
(1) 制坯将由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡，
作为表层3，与作为里层2的网胎层层缠绕后针剌复合，制成导流筒 预制体；
(2) 增密将步骤(l)所得的导流筒预制体经化学气相渗透(沉积)
和/或液体浸渍增密，将其密度逐步增加并经炭化(如需要)和石墨
化处理，制成所需要求的导流筒坯体；
(3) 纯化将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件
下加热去除其中杂质；
即在真空条件下加热至2100。C 280(TC (本实施例为2500°C)， 保温时间为2 10h (本实施例为8h),进行纯化处理。
(4) 机加工将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的
导流筒。
本发明在加工时，为减缓里层2的增密速度，使表层3与里层2 的表观密度出现较大差异，在步骤(l)中将作为表层3的毡、缓渗层l 及里层2层层缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层l、作 为表层3的毡进行针剌复合，制成导流筒预制体。
本发明所述的缓渗层1为膨胀石墨纸或硫酸纸；为使表层3与里 层2在针剌复合时结合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明在步骤(l)中，所述网胎的面密度为20g/ltf 160g/ltf (本实施例在作为表层3与炭布复合时，其面密度为140g/m2，作为里层 2时，其面密度为20g/m2)，炭布的面密度为200 g/rtf 320g/m2 (本 实施例为300g/nf)，制成的导流筒预制体，其表观密度为0. 25g/cm3 0. 58g/cm3 (本实施例为O. 5g/cm3)。
本发明在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm' 1.4g/cm3 (本实施例为1.2g/cm3)。
这样，导流筒表层3的密度较高，强度高；而里层2的密度较小， 保温性能好；使之既具有足够的强度和耐磨性，又具有较好的抗热震 性和保温性能。
在机加工后，可根据需要，再进行一次纯化，以确保产品纯度。 即在真空条件下加热至1800°C 2500°C (本实施例为200(TC)，保温 30分钟一360分钟(本实施例为260分钟)，去除机加工过程中产生 的杂质。
权利要求
1、 一种单晶炉导流筒，其特征是导流筒由炭/炭复合材料加工 制成。
2、 一种单晶炉导流筒，其特征是它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加工制成。
3、 根据权利要求1或2所述的单晶炉导流筒，其特征是所述导 流筒包括表层[3]和里层[2]，表层[3]的表观密度为1.2g/cm:i 1. 7g/cm3，里层[2]的表观密度为0. 4g/cm3 0. 9g/cm3。
4、 根据权利要求3所述的单晶炉导流筒，其特征是表层[3]与 里层[2]之间设有缓渗层[1]。
5、 根据权利要求4所述的单晶炉导流筒，其特征是所述的缓渗 层[l]为膨胀石墨纸或硫酸纸。
6、 根据权利要求5所述的单晶炉导流筒，其特征是膨胀石墨纸 或硫酸纸上设有孔。
7、 一种如权利要求2所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是 包括以下步骤(1) 制坯将由炭纤维制成的网胎与炭布通过针剌使之复合成毡， 作为表层[3]，与作为里层[2]的网胎层层缠绕后针刺复合，制成导流筒预制体；(2) 增密将步骤(l)所得的导流筒预制体经化学气相渗透(沉积) 和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；(3) 纯化将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；(4)机加工将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。
8、 根据权利要求7所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是在 步骤(l)中将作为表层[3]的毡、缓渗层[1]及里层[2]层层缠绕后针剌 复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层[l]、作为表层[3]的毡进行针刺 复合，制成导流筒预制体。
9、 根据权利要求7所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是在 步骤(1)中，所述网胎的面密度为20 g/nf 160g/m2，炭布的面密度 为200 g/m2 320g/m2，制成的导流筒预制体，其表观密度为 0. 25g/cnT' 0. 58g/cm3。
10、 根据权利要求7所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是 在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0. 8g/cm3 1. 4g/cm3。
全文摘要
本发明公开了一种采用炭/炭复合材料加工制成的单晶炉导流筒及其生产工艺，其特征是导流筒包括高密度的炭/炭复合材料表层[3]和低密度的炭/炭复合材料里层[2]，其生产工艺为炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工，本发明工艺合理，因导流筒表层[3]为高密度(1.2g/cm<sup>3</sup>～1.7g/cm<sup>3</sup>)的炭/炭复合材料，其抗折强度为110MPa左右，导热系数仅为10W/mK左右，而里层[2]为低密度(0.4g/cm<sup>3</sup>～0.9g/cm<sup>3</sup>)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右，因此，导流筒综合性能好，既具有足够的强度和耐磨性，又具有较好的抗热震性和保温性能；同时，较之石墨导流筒，减小了导流筒壁厚，减轻了导流筒质量，其自身耗能也减少。
文档编号C30B15/00GK101311334SQ200810030750
公开日2008年11月26日 申请日期2008年3月3日 优先权日2008年3月3日
发明者廖寄乔, 王跃军, 邰卫平, 龚玉良 申请人:湖南金博复合材料科技有限公司