多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法与流程

本发明属于复合材料预制体制备技术领域，具体涉及一种多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法。

背景技术：

多晶硅氢化炉内的热场环境温度高达1200℃，是普通材料无法承受的高温区域。氢化炉热场有碳/碳加热器、碳/碳隔热罩、碳/碳保温筒、碳/碳隔热底板等产品，作为用来为炉内提供稳定热源的碳/碳加热器具有至关重要的作用。传统的多晶硅氢化炉内采用石墨加热器来给炉体增温，石墨材料具有纯度高、耐高温、导电导热性好、化学稳定性好等优点，最先被用到多晶硅炉热场装置部件材料一般采用高纯石墨，要求高纯度、高强度、高密度，密度一般大于1.8g/cm³,纯度极高的要求解决了多晶硅炉在加热期间杂质的影响。

目前，高纯石墨价格比较昂贵，主要依赖进口，对于此类加热器的异形件来说加工难度大，原料浪费严重，组装部件整体一致性差，发热效率差，电阻率不稳定，耐高温热振性差，由于脆性强极其容易断裂破碎，使得更换频繁，成本剧增。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法。该方法采用U型网胎/碳布复合料、线型网胎/碳布复合料和碳纤维长丝三种材料间隔铺层、逐层针刺的工艺方法，能够解决U型预制体圆弧部门厚度与竖直部分不一致的问题，而圆弧部分网胎/碳布复合料的不连续造成的强力减弱能够有碳纤维长丝完美的替代。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层外铺设一层U型网胎/碳布复合料，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料外铺设一层U型碳纤维长丝，然后进行针刺处理，从而在U型垫层外得到一个单元层；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

上述的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述U型碳布/网胎复合料和线型碳布/网胎复合料均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成，所述预刺的针刺密度为2针/cm²；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为平纹、斜纹、缎纹或无纬布，碳布的面密度为200g/m²～480g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为30g/m²～200g/m²。

上述的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法，其特征在于，所述U型碳纤维长丝为3K、6K、12K、24K或50K碳纤维长丝。

上述的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度15针/cm²～45针/cm²，层间密度5层/cm～18层/cm。

上述的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法，其特征在于，步骤二中所述多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的体积密度为0.2g/cm³～0.68g/cm³，剥离强度为0.2kN/m～0.9kN/m。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用U型网胎/碳布复合料、线型网胎/碳布复合料和碳纤维长丝三种材料间隔铺层、逐层针刺的工艺方法，能够解决U型预制体圆弧部分厚度与竖直部分不一致的问题，而圆弧部分网胎/碳布复合料的不连续造成的强力减弱能够有碳纤维长丝完美的替代。

2、利用本发明所制备的预制体不易分层、层间密度均匀、强度高、质量轻、抗热握性能好、电阻率稳定、发热效率高、可多次反复使用在热场环境中。

3、本发明设计性强，整体结构一次成型，且在U型线性趋向上均布有连续碳纤维长丝，有助于提高整个加热器预制体的结构稳定性，方便拆卸，使用寿命长。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的结构示意图。

附图标记说明:

1—U型垫层； 2—U型网胎/碳布复合料；

3—线型网胎/碳布复合料； 4—U型碳纤维长丝。

具体实施方式

实施例1

结合图1，本实施例多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层1外铺设一层U型网胎/碳布复合料2，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料2的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料3，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料3外铺设一层U型碳纤维长丝4，然后进行针刺处理，从而在U型垫层1外得到一个单元层；

本实施例中，所述U型碳布/网胎复合料2和线型碳布/网胎复合料3均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为平纹，碳布的面密度为360g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为50g/m²；所述预刺的针刺密度为2针/cm²；

本实施例中，所述U型碳纤维长丝4为3K碳纤维长丝；

本实施例中，所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度15针/cm²，层间密度15层/cm；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到体积密度为0.45g/cm³，剥离强度为0.52kN/m的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

实施例2

结合图1，本实施例多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层1外铺设一层U型网胎/碳布复合料2，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料2的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料3，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料3外铺设一层U型碳纤维长丝4，然后进行针刺处理，从而在U型垫层1外得到一个单元层；

本实施例中，所述U型碳布/网胎复合料2和线型碳布/网胎复合料3均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为斜纹，碳布的面密度为480g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为100g/m²；所述预刺的针刺密度为2针/cm²；

本实施例中，所述U型碳纤维长丝4为6K碳纤维长丝；

本实施例中，所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度30针/cm²，层间密度10层/cm；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到体积密度为0.56g/cm³，剥离强度为0.48kN/m的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

实施例3

结合图1，本实施例多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层1外铺设一层U型网胎/碳布复合料2，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料2的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料3，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料3外铺设一层U型碳纤维长丝4，然后进行针刺处理，从而在U型垫层1外得到一个单元层；

本实施例中，所述U型碳布/网胎复合料2和线型碳布/网胎复合料3均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为缎纹，碳布的面密度为200g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为30g/m²；所述预刺的针刺密度为2针/cm²；

本实施例中，所述U型碳纤维长丝4为12K碳纤维长丝；

本实施例中，所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度20针/cm²针/cm²，层间密度18层/cm；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到体积密度为0.62g/cm³，剥离强度为0.74kN/m的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

实施例4

结合图1，本实施例多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层1外铺设一层U型网胎/碳布复合料2，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料2的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料3，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料3外铺设一层U型碳纤维长丝4，然后进行针刺处理，从而在U型垫层1外得到一个单元层；

本实施例中，所述U型碳布/网胎复合料2和线型碳布/网胎复合料3均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为无纬布，碳布的面密度为300g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为150g/m²；所述预刺的针刺密度为2针/cm²；

本实施例中，所述U型碳纤维长丝4为24K碳纤维长丝；

本实施例中，所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度30针/cm²，层间密度9层/cm；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到体积密度为0.55g/cm³，剥离强度为0.84kN/m的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

实施例5

结合图1，本实施例多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、在U型垫层1外铺设一层U型网胎/碳布复合料2，然后进行针刺处理，之后在针刺后的U型网胎/碳布复合料2的左右两侧均铺设一层线型网胎/碳布复合料3，然后进行针刺处理，接着在针刺后的线型网胎/碳布复合料3外铺设一层U型碳纤维长丝4，然后进行针刺处理，从而在U型垫层1外得到一个单元层；

本实施例中，所述U型碳布/网胎复合料2和线型碳布/网胎复合料3均由碳布和碳纤维网胎经预刺复合而成；所述碳布采用碳纤维织造技术制成，碳布为平纹，碳布的面密度为480g/m²；所述碳纤维网胎采用碳纤维无纺技术制成，碳纤维网胎的面密度为200g/m²；所述预刺的针刺密度为2针/cm²；

本实施例中，所述U型碳纤维长丝4为12K碳纤维长丝；

本实施例中，所述针刺处理的工艺参数为：针刺密度45针/cm²，层间密度8层/cm；

步骤二、重复步骤一中所述的铺设和针刺过程，直至在U型垫层外得到多个单元层，最终得到体积密度为0.65g/cm³，剥离强度为0.87kN/m的多晶硅氢化炉用碳纤维U型加热器预制体。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。