专利名称：一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法
技术领域：
本发明属于多晶硅氢化炉用隔热材料技术领域，具体涉及 一种多晶硅氢 化炉用炭/炭隔热屏的制备方法。
背景技术：
目前，生产多晶硅的主要方法为改良西门子法，釆用改良西门子法生
产的多晶硅占全球多晶硅总产量的80%以上。在改良西门子法生产多晶硅 过程中，氢化炉为反应产物回收的循环系统的主要设备，即将反应副产物 SiCU与H2反应生成SiHCl3原料进行重新利用。氢化炉中，SiCU与H2的 混合气体在125(TC条件下发生反应，隔热屏为发热元件外部的隔热材料， 也是为上述反应提供一个恒温的区域。因此要求隔热屏隔热性好，纯度高 不污染多晶硅产品，强度高耐冲刷。氢化炉连续运行时间在2000小时以 上，因此隔热屏的使用寿命将影响到氢化炉的连续运行时间。
中国专利ZL200610043184.5,名称为"单晶硅拉制炉及多晶硅冶炼炉 用热场炭/炭隔热屏的制备方法"中公开了采用针刺炭布与无纬布相结合制 成三向结构隔热屏预制体，基体釆用沥青炭与树脂炭双元炭基体，并经 2000 250(TC通氯气或氟利昂的条件下进行纯化处理，其不足之处是(1) 沥青浸渍时没有采用真空加压浸渍技术方案，浸渍效率偏低30%,周期长 成本高；(2)机加工后未进行涂层处理，表面粗糙，不够致密，抗气体 冲刷能力和耐腐蚀能力较差。
俄罗斯制备多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏采用炭布叠层缠绕预制体，纯 化学气相渗透工艺致密，表面涂层处理。该化学气相渗透工艺致密方法周 期长，效率低，成本高。其产品直径约1000mm，尺寸规格较小，已逐渐 不能满足氢化炉向大尺寸发展的需求。德国西格里制备多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏，采用无纬布叠层预制 体，以沥青浸渍加压制得长方形平板，使用螺栓环向八角拼接，其缺点为 拼接处有接缝，密封性不好，无法承受氢化炉内较大压力，且安装较为不 便，容易损坏。该结构的隔热屏产品已在国内多晶硅企业进行试用，存在 较大的设计缺陷，不能完全满足隔热屏功能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种工艺简单，周期短，成本较低的多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法。 该方法在不显著降低炭/炭隔热屏隔热性的前提下，又能提高产品纯度，而 且能大大提高抗热震性及结构稳定性，可有效提高隔热屏产品的抗冲刷能
力和在SiCU、 HC1气氛环境中的耐腐蚀能力，延长使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是 一种多晶硅氢化炉用炭/ 炭隔热屏的制备方法，其特征在于，制备过程为
(1) 釆用6-48K炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕构成平面纤维， 釆用针刺工艺在垂直炭布方向引入增强纤维，制成体积密度为0.25~0.55 g/cn^的三向结构隔热屏预制体，针刺密度25 45针/cm2,其中，K代表丝 東千根数；
(2) 化学气相渗透致密工艺以丙烯或天然气为炭源气体在高温850 -120(TC条件下裂解，对三向结构隔热屏预制体进行气相渗透致密处理， 使得三向结构隔热屏预制体的体积密度20.40g/cm3;
(3) 树脂或沥青浸渍、炭化处理工艺该工序分两种方法 一种为 树脂或沥青真空浸渍炭化，在真空浸渍罐中，在真空度^0.090MPa的真空 状态下，对体积密度^).40g/cmS的三向结构隔热屏预制体浸渍2-4小时后 出罐，再转入炭化炉进行炭化处理，制成炭/炭隔热屏预制体； 一种为树 脂或沥青压力浸渍固化炭化，在压力浸渍罐中，在压力为L5 2.0Mpa的 条件下，对体积密度^0.40g/cmS的三向结构隔热屏预制体浸渍3-5小时后出罐，再进行固化处理，然后转入炭化炉进行炭化处理，炭/炭隔热屏预 制体；其中，固化处理温度为190°C，炭化温度为800- IOO(TC,所述树
脂为糠酮树脂或酚醛树脂；
(4) 高温纯化处理工艺重复步骤(3),当炭/炭隔热屏预制体的 体积密度^1.0g/cm3时，在纯化炉中通入氯气或氟利昂的条件下对炭/炭隔 热屏预制体进行高温纯化处理，高温纯化处理温度为2300-280(TC;
(5) 对步骤(4)中经高温纯化处理的炭/炭隔热屏预制体进行车加 工，制成炭/炭隔热屏；
(6) 对步骤(5)中进行车加工后的炭/炭隔热屏进行化学气相沉积 表面涂层处理，即制得高纯度的炭/炭隔热屏，所述高纯度是指灰分 ^50ppm。
上述步骤(1)中所述炭布为平紋、斜紋或缎紋炭布。
上述步骤(2)中所述化学气相渗透致密处理温度为850- 1200°C。
上述步骤(6)中所述化学气相沉积表面涂层处理温度为900 - 1200°C。
上述步骤(6)中所述炭/炭隔热屏的热导率为5 30W/mK。
上述步骤(6)中所述炭/炭隔热屏的直径为1000 1800mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点
(1) 釆用针刺6 48K平紋、斜紋或缎紋炭布与短炭纤维网胎交替环 向缠绕制得三向结构隔热屏预制体，提高了炭/炭隔热屏的强度及隔热性； 并且短炭纤维网胎提供了径向垂直纤维，提高了预制体致密工艺过程抗分 层的能力；
(2) 釆用化学气相渗透硬化预制体，树脂或沥青浸渍炭化处理相结 合的致密工艺，工艺简单，周期短，成本较低。
(3) 釆用2300-280(TC的高温纯化处理，在不显著降低炭/炭隔热屏 隔热性的前提下，又能提高产品纯度，而且能大大提高抗热震性及结构稳 定性。
(4) 对机加工后的隔热屏产品进行表面CVD涂层处理，可有效提高隔热屏产品的抗冲刷能力和在SiCl4、 HC1气氛环境中的耐腐蚀能力，延长
使用寿命。
(5)环向整体成型，高度通过自扣连接，安装便捷，且不易损坏， 能显著延长炭/炭隔热屏的使用寿命。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1
(1) 采用12K平紋炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕，在厚度方向采 用针刺工艺引入垂直纤维，制成三向结构发热体预制体，针刺密度35 40 针/cm2,其体积密度为0.45g/cm3;
(2) 化学气相渗透工艺，在94(TC温度下，以丙烯为炭源气体对预制 体进行气相渗透致密处理；
(3) 树脂或新青真空浸渍炭化，炭/炭隔热屏制品体积密度20.50g/cm3 时，进行糠酮树脂、酴醛树脂或沥青真空浸渍处理，真空度S-0.094MPa， 浸渍之后进行90(TC炭化处理；
(4) 高温纯化处理重复步骤(3),当其体积密度^1.20 g/cmS时， 致密工艺结東，在260(TC通入氯气或氟利昂的条件下对制品进行高温纯化 处理；
(5) 机械加工对步骤(4)中经过纯化处理后炭/炭隔热屏用车床加
工；
(6) 对隔热屏表面进行CVD涂层处理，在96(TC下，以丙烯为炭源气 体对表面进行CVD炭涂层即制得多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏。
上述步骤(6)中的多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的直径为1000mm。实施例2
(1) 采用6K斜紋炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕，在厚度方向采 用针刺工艺引入垂直纤维，制成三向结构发热体预制体，针刺密度25 30 针/cm2，其体积密度为0.25g/cm3;
(2) 化学气相渗透工艺，在85(TC温度下，以丙烯为炭源气体对预制 体进行气相渗透致密处理；
(3) 树脂或沥青真空浸渍炭化，炭/炭隔热屏制品体积密度^).40g/cm3 时，进行糠酮树脂、酚醛树脂或新青真空浸渍处理，真空度^0.0卯MPa, 浸渍之后进行80(TC炭化处理；
(4) 高温纯化处理重复步骤(3),当其体积密度^1.0g/cn^时，致 密工艺结東，在230CTC通入氯气或氟利昂的条件下对制品进行高温纯化处 理；
(5) 机械加工对步骤(4)中经过纯化处理后炭/炭隔热屏用车床加
工；
(6) 对隔热屏表面进行CVD涂层处理，在90(TC下，以丙烯为炭源气 体对表面进行CVD炭涂层即制得多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏。
上述步骤(6)中的多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的直径为1500mm。 实施例3
(1) 釆用48K缎紋炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕，在厚度方向采 用针刺工艺引入垂直纤维，制成三向结构发热体预制体，针刺密度40~45 针/cm2,其体积密度为0.55 g/cm3;
(2) 化学气相渗透工艺，在120(TC温度下，以天然气为炭源气体对预 制体进行气相渗透致密处理；
(3) 树脂或沥青压力浸渍炭化，炭/炭隔热屏制品体积密度20.60g/cm3 时，进行糠酮树脂、酚醛树脂或沥青压力浸渍处理，1.5 2.0MPa压力下浸 渍4h左右出罐，糠酮树脂、酚醛树脂进行固化，处理温度为190°C,之后 进行IOO(TC炭化处理；(4) 高温纯化处理重复步骤(3),当其体积密度21.3 g/cn^时，致 密工艺结束，在280(TC通入氯气或氟利昂的条件下对制品进行高温纯化处 理；
(5) 机械加工对步骤(4)中经过纯化处理后炭/炭隔热屏用车床加
工；
(6) 对隔热屏表面进行CVD涂层处理，在120(TC下，以天然气为炭 源气体对表面进行CVD炭涂层即制得多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏。
上述步骤(6)中的多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的直径为1800mm。 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
根据本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。
权利要求
1.一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法，其特征在于，制备过程为(1)采用6-48K炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕构成平面纤维，采用针刺工艺在垂直炭布方向引入增强纤维，制成体积密度为0.25～0.55g/cm3的三向结构隔热屏预制体，针刺密度25～45针/cm2，其中，K代表丝束千根数；(2)化学气相渗透致密工艺以丙烯或天然气为炭源气体在高温850-1200℃条件下裂解，对三向结构隔热屏预制体进行气相渗透致密处理，使得三向结构隔热屏预制体的体积密度≥0.40g/cm3；(3)树脂或沥青浸渍、炭化处理工艺该工序分两种方法一种为树脂或沥青真空浸渍炭化，在真空浸渍罐中，在真空度≤-0.090MPa的真空状态下，对体积密度≥0.40g/cm3的三向结构隔热屏预制体浸渍2-4小时后出罐，再转入炭化炉进行炭化处理，制成炭/炭隔热屏预制体；一种为树脂或沥青压力浸渍固化炭化，在压力浸渍罐中，在压力为1.5～2.0Mpa的条件下，对体积密度≥0.40g/cm3的三向结构隔热屏预制体浸渍3-5小时后出罐，再进行固化处理，然后转入炭化炉进行炭化处理，制成炭/炭隔热屏预制体；其中，固化处理温度为190℃，炭化温度为800-1000℃，所述树脂为糠酮树脂或酚醛树脂；(4)高温纯化处理工艺重复步骤(3)，当炭/炭隔热屏预制体的体积密度≥1.0g/cm3时，在纯化炉中通入氯气或氟利昂的条件下对炭/炭隔热屏预制体进行高温纯化处理，高温纯化处理温度为2300-2800℃；(5)对步骤(4)中经高温纯化处理的炭/炭隔热屏预制体进行车加工，制成炭/炭隔热屏；(6)对步骤(5)中进行车加工后的炭/炭隔热屏进行化学气相沉积表面涂层处理，即制得高纯度的炭/炭隔热屏，所述高纯度是指灰分≤50ppm。
2. 按照权利要求1所述的一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方 法，其特征在于，步骤(1)中所述炭布为平紋、斜紋或缎紋炭布。
3. 按照权利要求1所述的一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述化学气相渗透致密处理温度为850- 1200 。C。
4. 按照权利要求1所述的一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方 法，其特征在于，步骤(6)中所述化学气相沉积表面涂层处理温度为900 - 1200°C。
5. 按照权利要求1所述的一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方 法，其特征在于，步骤(6)中所述炭/炭隔热屏的热导率为5 30W/mK。
6. 按照权利要求1所述的一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方 法，其特征在于，步骤(6)中所述炭/炭隔热屏的直径为1000 1800mm。
全文摘要
本发明公开了一种多晶硅氢化炉用炭/炭隔热屏的制备方法，制备过程为采用炭布与短炭纤维网胎交替环向缠绕构成平面纤维，垂直方向引入增强纤维，制成三向结构隔热屏预制体，对三向结构隔热屏预制体进行化学气相渗透致密工艺后再进行树脂或沥青浸渍、炭化处理，高温纯化处理后再机械加工，对机械加工后的炭/炭隔热屏表面进行化学气相沉积涂层处理，即制得高纯度的炭/炭隔热屏。本发明工艺简单，周期短，成本较低，在不显著降低炭/炭隔热屏隔热性的前提下，又能提高产品纯度，而且能大大提高抗热震性及结构稳定性，可有效提高隔热屏产品的抗冲刷能力和在SiCl<sub>4</sub>、HCl气氛环境中的耐腐蚀能力，延长使用寿命。
文档编号C04B35/622GK101638322SQ200910022540
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者侯卫权, 李永军, 肖志超, 苏君明, 薛宁娟 申请人:西安超码科技有限公司