专利名称：碳/碳复合材料发热体及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅炉、单晶炉等高温炉部件，具体地说是一 种由碳/碳复合材料加工制造的发热体及其生产工艺。
背景技术：
多晶硅炉和单晶炉是太阳能光伏产业普遍应用的主要设备，其最
高使用温度高达160(TC以上，目前，往往采用电阻加热方式，其发 热体普遍采用三高石墨制作。由于石墨力学性能较差，制品强度低， 在外力作用下容易破碎，使用寿命较短。此外，石墨抗热抗震性不好， 在反复高温热震条件下易产生微裂纹，微裂纹的存在影响着制品的电 学性能和热学性能，改变了其导电导热性能，使加热时石墨加热器的 功率及炉内热场发生变化，影响了生产的正常进行，也导致企业生产 成本增加。另外，发热体采用长而窄的U型结构时，若用石墨加工， 则需用机加工方法将整块料的中间部分切除，耗材较多，加工难度也 较大。专利号为200610043185. X、授权公告号为CN100366581C、发 明名称为单晶硅拉制炉及多晶硅冶炼炉用碳/碳加热器的制备方法的 专利公开了一种碳/碳加热器的制备方法，用以替代石墨加热器。该 方法采用碳布准三向结构预制体，通过化学气相沉积和糠酮树脂浸渍 碳化以及热等静压沥青碳化相结合的致密工艺，反复致密处理数次， 制品密度^1. 83g/cm3时致密工艺结束，在通入氯气和氟利昂的条件 下对制品进行高温纯化处理，机械加工后即可制得单晶硅拉制炉用热
场碳/碳加热器。该方法采用的致密工艺，要反复致密处理数次，使
制品密度》1.83g/cm3时才能结束工艺，过程较为复杂，杂质含量较 高，且要通入氯气和氟利昂对制品进行纯化处理，对环保带来一定的 压力，在人们环保意识日益增强的今天，这是人们所不希望的。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、环保的碳/碳复合材料发热 体及其生产工艺。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的， 一种碳/碳复合 材料发热体生产工艺，它包括以下步骤
(1) 制坯将由碳纤维制成的网胎与碳布通过针刺使之复合，制成 所需要求的发热体预制体；
(2) 增密将步骤(l)所得的发热体预制体经化学气相渗透(沉积) 增密，制成所需要求的发热体坯体；
(3) 纯化将步骤(2)所得的发热体坯体放入高温炉中，在真空条件
下加热去除其中杂质；
(4) 机加工将步骤(3)所得发热体坯体机加工成所需形状和尺寸的
发热体。
本发明为去除机加工过程中产生的杂质，在步骤(4)后进行净化， 所述的净化为将发热体成品放入真空炉中，在真空条件下加热至1600
。C 2800。C，保温30分钟 360分钟。
本发明在步骤(l)中，所述网胎的面密度为20g/m2 200g/m2，碳 布的面密度为100 g/m2 400g/m2，制成的发热体预制体，其表观密 度为0. 3g/cm:i 0. 7g/cm:'。
本发明在步骤(2)中，发热体坯体的表观密度为1.2g/cm:i 1. 9g/cm'、。
本发明在步骤(3)中纯化温度为1600。C 280(TC，保温时间为3h
10h。
一种由上述生产工艺加工所得的发热体，它由碳纤维经制坯一增 密一纯化一机加工制成，其形状为U形、棒状、筒形或板状。
一种由上述生产工艺加工所得的发热体，它由碳纤维经制坯一增 密一纯化一机加工一净化制成，其形状为U形、棒状、筒形或板状。
本发明所述发热体为筒形或板状时，其上设有导流散热槽并均布。
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 简单，制坯时，采用由蓬松的针状碳纤维组成的网胎，在针刺时较容 易获得准三维预制体，预制体内部碳纤维纵横交错，抱合力较强，不 会脱层，结构稳定，同时，预制体孔隙较小，也便于加快后续的增密 过程；采用化学气相沉积增密制成的发热体毛坯由碳纤维和碳素基质 构成，其中碳素基质系由采用高温热解方式获得的热解碳组成，纯度 很高，只须在真空或保护气氛F高温纯化即可获得灰份〈180ppm的 碳/碳复合材料制品，节能环保。
图1是发热体为U形时的示意图2是发热体为棒状时的示意图3是发热体为筒形时的示意图4是发热体为板状时的示意图。
具体实施方式
-
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
(l)制坯
① 开松成网将长碳纤维短切成25mm 70mm长的短碳纤维，经 开松设备开松成蓬松的针状纤维，然后把开松好的碳纤维经气流成网 和/或梳理成网，再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎，所述网胎 的面密度为20g/m2 200g/m2 (本实施例为120g/m2);
② 缠绕针刺成型采用近净成型的方法，将网胎缠绕于模具(本 实施例为U形体模具)上，在其上覆盖一层碳布，碳布的面密度为 100 g/m2 400g/nf (本实施例为260g/m2)，然后再覆盖一层网胎， 网胎与碳布交迭放置至要求厚度，并通过针刺使之复合，制成所需要 求的碳/碳复合材料发热体预制体，其表观密度为0. 3g/cm:'-0. 7g/cm:'
(本实施例为0. 56g/cm:i)。 (2赠密
将步骤(l)所得的发热体预制体通过化学气相渗透(沉积)增密(本 实施例采用沉积)，将其密度逐步增加并经石墨化处理，使之表观密 度达到1.2g/Cm:i 1.9g/W (本实施例为1.63g/cm:')，制成碳/碳复
合材料发热体毛坯。 (3)纯化
将步骤(2)所得的发热体毛坯装入真空炉中进行纯化处理，在真空 条件下加热去除其中杂质，纯化温度为1600°C 2800°C (本实施例 为2500。C)，保温时间为3h 10h (本实施例为4. 6h)。
(4)机加工
将步骤(3)所得的发热体毛坯经机加工成发热体成品(本实施例为 U形)。
为去除机加工过程中产生的杂质，将步骤(4)所得的发热体成品放 入真空炉中，在真空条件下加热至160(TC 280(TC(本实施例为1860 。C)，保温30分钟一360分钟(本实施例为90分钟)。
实施例2:
在步骤(l)中，发热体预制体加工成板状，其表观密度为 0.61g/cm3，增密后表观密度为1.65g/cm:i，机加工时先切成条，再机 加工成棒，余同实施例l。
实施例3:
在步骤U)中，模具为筒形，加工成发热体成品也为筒形，发热体 预制体表观密度为0. 5g/Cm:'，增密后表观密度为1.59g/cm:'，筒形发 热体上均布有由机加工形成的导流散热槽1，余同实施例1。
在步骤(l)中，发热体预制体加工成板状，其表观密度为 0.59g/cm:i，增密后表观密度为1.5g/cm:'，机加工时，板状发热体上 加工出导流散热槽l并均布，余同实施例l。
权利要求
1、一种碳/碳复合材料发热体生产工艺，其特征是包括以下步骤(1)制坯将由碳纤维制成的网胎与碳布通过针刺使之复合，制成所需要求的发热体预制体；(2)增密将步骤(1)所得的发热体预制体经化学气相渗透(沉积)增密，制成所需要求的发热体坯体；(3)纯化将步骤(2)所得的发热体坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；(4)机加工将步骤(3)所得发热体坯体机加工成所需形状和尺寸的发热体。
2、 根据权利要求1所述的碳/碳复合材料发热体生产工艺，其 特征是在步骤(4)后进行净化。
3、 根据权利要求2所述的碳/碳复合材料发热体生产工艺，其 特征是所述的净化为将发热体成品放入真空炉中，在真空条件下加热 至1600。C 280(TC，保温30分钟 360分钟。
4、 根据权利要求1或2或3所述的碳/碳复合材料发热体生产 工艺，其特征是在步骤(l)中，所述网胎的面密度为20g/m2 20Qg/m2， 碳布的面密度为100 g/m2 400g/m2，制成的发热体预制体，其表观 密度为0. 3g/cm:' 0. 7g/cm:i。
5、 根据权利要求1或2或3所述的碳/碳复合材料发热体生产 工艺，其特征是在步骤(2)中，发热体坯体的表观密度为1. 2g/cm:i
6、 根据权利要求1或2或3所述的碳/碳复合材料发热体生产 工艺，其特征是在步骤(3)中纯化温度为1600°C 2800°C，保温时间 为3h 10h。
7、 一种由权利要求l所述生产工艺加工所得的发热体，其特征 是它由碳纤维经制坯一增密一纯化一机加工制成，其形状为U形、棒 状、筒形或板状。
8、 一种由权利要求2或3所述生产工艺加工所得的发热体，其 特征是它由碳纤维经制坯一增密一纯化一机加工一净化制成，其形状 为U形、棒状、筒形或板状。
9、 根据权利要求7或8所述的碳/碳复合材料发热体，其特征 是发热体为筒形或板状时，其上设有导流散热槽[l]。
10、 根据权利要求9所述的碳/碳复合材料发热体，其特征是导 流散热槽[1]为均布。
全文摘要
本发明公开了一种工艺简单、环保的碳/碳复合材料发热体及其生产工艺，其特征是它由碳纤维经制坯—增密—纯化—机加工—净化制成，本发明工艺简单，制坯时，采用由蓬松的针状碳纤维组成的网胎，在针刺时较容易获得准三维预制体，预制体内部碳纤维纵横交错，抱合力较强，不会脱层，结构稳定，同时，预制体孔隙较小，也便于加快后续的增密过程；采用化学气相沉积增密制成的发热体毛坯由碳纤维和碳素基质构成，其中碳素基质系由采用高温热解方式获得的热解碳组成，纯度很高，只须在真空或保护气氛下高温纯化即可获得灰份＜180ppm的碳/碳复合材料制品，节能环保。
文档编号C04B35/83GK101386547SQ20081003214
公开日2009年3月18日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21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