专利名称：高温炉耐火保温罩及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温炉部件，具体地说是一种高温炉耐火保温罩 及其生产工艺。
背景技术：
单晶炉和多晶硅铸锭炉等高温炉工作时，炉内温度高达160(TC以 上，为减少热损失，降低能耗，保证炉内温度满足工艺要求，离不开 既能耐火又具有良好保温性能的耐火保温罩。目前，高温炉耐火保温 罩基本上由高密度、高强度、高纯度石墨制成，为加强保温效果，耐 火保温罩外往往用石墨毡和/或炭毡包裹起来。因石墨制品导热系数 高，为140W/mK左右，保温效果并不理想；又因石墨制品强度低，其 抗折强度为13MPa左右，抗热震性能较差，急冷急热环境中易开裂， 使用寿命较短，维修频繁，影响正常生产，也导致企业生产成本的增 加。此外，大尺寸耐火保温罩成形困难，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，其高密度(1.2g/cm3 1. 7g/cm3)的炭纤维复合材料的抗折强度为120MPa左右，导热系数 仅为10W/mK左右，低密度(0. 4g/cm3 0. 8g/cm3)的炭纤维复合材料， 其导热系数仅为0.8W/mK左右，特别适应于高温领域，现己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高温炉 耐火保温罩及其生产工艺。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的， 一种高温炉耐火 保温罩，其保温罩由炭/炭复合材料加工制成。
一种高温炉耐火保温罩，它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加 工制成。
本发明所述保温罩包括里层和外层，里层的表观密度为 1. 2g/cm3 1. 7g/cm3，外层的表观密度为0. 4g/cm3 0. 8g/cm3。
本发明在加工时，为减缓外层的增密速度，使外层与里层的表观 密度出现较大差异，里层和外层之间设有缓渗层。
本发明所述的缓渗层为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使外层与里层结 合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明为减少以辐射为传热方式的高温炉的热损失，在保温罩内 壁上设有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板。
本发明所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，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， 作为里层，与作为外层的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制 体；
(2) 增密将步骤(l)所得的保温罩预制体经化学气相渗透(沉积) 和/或液体浸渍增密，制成所需要求的保温罩坯体；
(3) 纯化将步骤(2)所得的保温罩坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
(4)机加工将步骤(3)所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的 保温罩。
本发明为减缓外层的增密速度，使外层与里层的表观密度出现较 大差异，在步骤(l)中将作为里层的毡、缓渗层及外层层层缠绕后针剌 复合，制成保温罩预制体。
本发明在步骤(l)中，所述网胎的面密度为20g/ltf 160g/nf，炭 布的面密度为200 g/m2 320g/m2，制成的保温罩预制体，其表观密 度为0. 25g/cm3 0. 58g/cm3。
本发明在步骤(2)中，保温罩坯体的表观密度达到0.7g/cm3 1. 2g/cmJ。
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，保温罩里层为高密度(1. 2g/cm3 1. 7g/cm3)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；而外层为低 密度(O. 4g/cm3 0. 8g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0. 8W/mK 左右；因此，保温罩综合性能好，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，较之石墨保温罩，减小了保温 罩壁厚，减轻了保温罩质量，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。
一种高温炉耐火保温罩，其保温罩由炭/炭复合材料加工制成。一种高温炉耐火保温罩，它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加 工制成。
本发明所述保温罩包括里层2和外层1，里层2的表观密度为 1.2g/cm3 1.7g/cm3 (本实施例为1. 3g/cm3)，外层1的表观密度为 0. 4g/cm3 0, 8g/cm3 (本实施例为0. 7g/cm3)。
所述保温罩的生产工艺，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，
作为里层2，与作为外层1的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温罩 预制体；
(2) 增密将步骤(l)所得的保温罩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，制成所需要求的保温罩坯体；
(3) 纯化将步骤(2)所得的保温罩坯体放入高温炉中，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 2800°C (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)所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的 保温罩。
本发明在加工时，为减缓外层1的增密速度，使外层1与里层2 的表观密度出现较大差异，在步骤(l)中将作为里层2的毡、缓渗层4 及外层1层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体。
本发明所述的缓渗层4为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使外层1与里 层2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/m2 160g/m2 (本 实施例在作为里层2与炭布复合时，其面密度为140g/nf，作为外层 1时，其面密度为20g/nf)，炭布的面密度为200 g/rtf 320g/m2 (本 实施例为300g/ltf)，制成的保温罩预制体，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，保温罩坯体的表观密度达到0.7g/cm3
1. 2g/cm3。
这样，其保温罩里层2的密度较高，强度高，而外层1的密度较 小，保温性好；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。
本发明为减少以辐射为传热方式的高温炉的热损失，在保温罩内 壁上设有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板3。
此时，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2000°C)，保温30分 钟一360分钟(本实施例为260分钟)，去除上述过程中产生的杂质。
权利要求
1、一种高温炉耐火保温罩，其特征是保温罩由炭/炭复合材料加工制成。
2、 一种高温炉耐火保温罩，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所述的高温炉耐火保温罩，其特征是所 述保温罩包括里层[2]和外层[1]，里层[2]的表观密度为1.2g/cm3 1. 7g/cm3，外层[l]的表观密度为0. 4g/cm3 0. 8g/cm3。
4、 根据权利要求3所述的高温炉耐火保温罩，其特征是里层[2] 和外层[1]之间设有缓渗层[4]。
5、 根据权利要求4所述的高温炉耐火保温罩，其特征是所述的 缓渗层[4]为膨胀石墨纸或硫酸纸，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
6、 根据权利要求1或2所述的高温炉耐火保温罩，其特征是保 温罩内壁上设有柔性石墨板[3]。
7、 一种如权利要求2所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，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刺使之复合成毡， 作为里层[2]，与作为外层[l]的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温 罩预制体；(2) 增密将步骤a)所得的保温罩预制体经化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍增密，制成所需要求的保温罩坯体；(3) 纯化将步骤(2)所得的保温罩坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；(4)机加工将步骤(3)所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的保温罩。
8、 根据权利要求7所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征 是在步骤(l)中将作为里层[2]的毡、缓渗层[4]及外层[1]层层缠绕后 针剌复合，制成保温罩预制体。
9、 根据权利要求7所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征 是在步骤(l)中，所述网胎的面密度为20 g/m2 160g/m2，炭布的面 密度为200 g/m2 320g/m2，制成的保温罩预制体，其表观密度为 0. 25g/cm3 0. 58g/cm'!。
10、 根据权利要求7所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特 征是在步骤(2)中，保温罩坯体的表观密度达到0. 7g/cm3 1. 2g/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高温炉耐火保温罩及其生产工艺，其特征是保温罩包括高密度的炭/炭复合材料里层[2]和低密度的炭/炭复合材料外层[1]，其生产工艺为炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工制成，本发明工艺合理，保温罩里层为高密度(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；而外层为低密度(0.4g/cm<sup>3</sup>～0.8g/cm<sup>3</sup>)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右；因此，保温罩综合性能好，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，较之石墨保温罩，减小了保温罩壁厚，减轻了保温罩质量，其自身耗能也减少。
文档编号C30B35/00GK101463500SQ20081003075
公开日2009年6月24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