玻璃碳石墨电极的制备方法与流程

本发明涉及石墨电极的制备方法，特别是一种玻璃碳石墨电极的制备方法

背景技术：

1、多晶硅生产使用还原炉进行，还原炉内的电极穿过还原炉底盘，将硅芯通过石墨套件和绝缘陶瓷环套件固定在电极上。然后，通过电极为硅芯接通电流，加热硅芯，从而达到发生还原化当与相沉积所需的温度。

2、在多晶硅还原炉生产过程中高纯石墨电极表面的碳元素会部分挥发，并随着硅棒的生产而沉淀在多晶硅棒内，增加了多晶硅棒材的碳含量，导致其产品质量无法满足国内高端市场需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种玻璃碳石墨电极的制备方法，石墨电极用于多晶硅生产使用还原炉生产多晶硅时，降低石墨电极碳元素的挥发，从而可降低多晶硅棒内碳元素含量。本申请具体通过以下技术方案实现。

2、一种玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，包括：

3、s1、制备石墨电极；s2、制备玻璃碳石墨电极：

4、所述步骤s2具体包括：

5、s21、在步骤s1制备的石墨电极表面涂覆酚醛树脂；

6、s22、将步骤s21得到的涂覆酚醛树脂的石墨电极在常温下固化后得到包覆玻璃炭前驱体的石墨电极；

7、s23、将步骤s22得到的包覆玻璃炭前驱体的石墨电极，在1000℃高温下无氧环境下进行炭化处理，得到玻璃碳石墨电极初级制品；

8、s24、将步骤s23得到的玻璃碳石墨电极初级制品在2000～3000℃高温下热处理后，得到高纯玻璃碳石墨电极。

9、本发明通过在石墨电极表面包覆玻璃碳层，玻璃炭具有不透气性、化学惰性、高抗氧化性、耐摩擦、耐高温等性能，可以在石墨电极表面形成保护层，阻止石墨电极中石墨在高温下向外溢出，从可降低多晶硅棒内碳元素含量。

10、在覆酚醛树脂涂层到玻璃碳的形成过程中，本申请首先在常温下将覆酚醛树脂涂层固化，再缓慢升温，从而避免生坯中气孔的产生。

11、进一步地，为了在石墨电极外侧形成致密层，所述步骤s1制备完成石墨电极后，在石墨电极表面制备hfc图层，具体方法为：

12、s11、制备石墨电极；

13、s12、将按照摩尔比hf：hfo2：nh4cl为4:5:3的比例将hf：hfo2：nh4cl粉体材料均匀混合后放置在气相沉积炉内，将石墨电极悬挂于粉体上方，并在气相沉积炉内持续通入氢气，使炉内的无氧压力保持1.8kpa，将气相沉积炉缓慢加热到1500℃，使粉体产生的气体与石墨电极相互作用并在石墨电极表面生成hfc涂层。

14、该技术方案选用hf、hfo2、nh4c1为原料采用气渗法在石墨电极表层制得hfc梯度涂层。

15、在hfc涂层表面再涂覆酚醛树脂，可使得石墨电极表面覆盖的玻璃碳与石墨电极的结合力更好。

16、进一步地，为了使玻璃碳在石墨电极表面光滑均匀，所述步骤s21中，石墨电极表面涂覆酚醛树脂厚度为1～3mm。

17、所述步骤s24中，s23得到的玻璃碳石墨电极初级制品在2000～3000℃高温下热处理时间为1～2h。

18、在步骤s12制备hfc涂层时，所述气相沉积炉缓慢加热过程为400℃加热40min；800℃～1000℃加热60min，1200℃～1500℃加热4h。400～800℃的升温时间为40min，1000～1200℃的升温时间为40min。

19、由于由hf、nh4c1制备hfc涂层过程的加热过程，不同温度阶段产生的物质不同，尤其在常温～400℃阶段，反应物加热会生成h2，可以降低反应过程中氢气的使用量。此阶段反应物加热生成hcl、hfc、h2等；800℃～1000℃阶段，hfc分解成hf和hfcl4；而在1200℃～1500℃是生成hfc的直接步骤，过程中，hf和hfcl4气体反应生成hfcl3气体，hfcl3气体在氢气的作用下与石墨电极表层的c反应生成hfc和hcl气体，而hfc直接渗透在石墨电极表层。

20、由此可见，本申请采用分阶段缓慢加热，有利于促进制备hfc的直接反应物的生成。

21、另一方面，本申请还提供了一种玻璃碳石墨电极，包括：石墨电极、位于石墨电极外表面的hfc涂层，包覆在hfc涂层外的玻璃碳层。

22、所述hfc涂层厚度＞150μm，所述玻璃碳层的厚度为0.5～2mm。

23、本申请的有益效果在于：

24、1.本发明通过在石墨电极表面包覆玻璃碳层，玻璃碳具有不透气性、化学惰性、高抗氧化性、耐摩擦、耐高温等性能，可以在石墨电极表面形成保护层，阻止石墨电极中石墨在高温下向外溢出，从可降低多晶硅棒内碳元素含量。在覆酚醛树脂涂层到玻璃碳的形成过程中，本申请首先在常温下将覆酚醛树脂涂层固化，再缓慢升温，从而避免生坯中气孔的产生。

25、2.为了进一步提高玻璃碳层与石墨电极的结合力，选用hf、hfo2、nh4c1为原料采用气渗法在石墨电极表层制得hfc梯度涂层。在hfc涂层表面再涂覆酚醛树脂，可使得石墨电极表面覆盖的玻璃碳与石墨电极的结合力更好。

26、3.由于由hf、nh4c1制备hfc涂层过程的加热过程，不同温度阶段产生的物质不同，尤其在常温～400℃阶段，反应物加热会生成h2，可以降低反应过程中氢气的使用量。此阶段反应物加热生成hcl、hfc、h2等，800℃～1000℃阶段，hfc分解成hf和hfcl4，而在1200℃～1500℃是生成hfc的直接步骤，过程中，hf和hfcl4气体反应生成hfcl3气体，hfcl3气体在氢气的作用下与石墨电极表层的c反应生成hfc和hcl气体，而hfc直接渗透在石墨电极表层。本申请采用分阶段缓慢加热，有利于促进制备hfc的直接反应物的生成。

技术特征：

1.一种玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s1制备完成石墨电极后，在石墨电极表面制备hfc图层，具体方法为：

3.如权利要求1或2任一所述的玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s21中，石墨电极表面涂覆酚醛树脂厚度为1～3mm。

4.如权利要求1或2任一所述的玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s24中，s23得到的玻璃碳石墨电极初级制品在2000～3000℃高温下热处理时间为1～2h。

5.如权利要求2所述的玻璃碳石墨电极的制备方法，其特征在于，所述气相沉积炉缓慢加热过程为400℃加热40min；800℃～1000℃加热60min～90min，1200℃～1500℃加热4h～5h，400℃～800℃的升温时间为40min，1000℃～1200℃的升温时间为40min。

6.一种玻璃碳石墨电极，其特征在于，包括：石墨电极、位于石墨电极外表面的hfc涂层，包覆在hfc涂层外的玻璃碳层。

7.如权利要求6所述的玻璃碳石墨电极，其特征在于，所述玻璃碳层的厚度为0.5mm～2mm。

技术总结
本发明提供了玻璃碳石墨电极的制备方法，包括：S1、制备石墨电极；S2、制备玻璃碳石墨电极：所述步骤S2具体包括：S21、在步骤S1制备的石墨电极表面涂覆酚醛树脂；S22、将步骤S21得到的涂覆酚醛树脂的石墨电极在常温下固化后得到包覆玻璃炭前驱体的石墨电极；S23、将步骤S22得到的包覆玻璃炭前驱体的石墨电极，在1000℃高温下无氧环境下进行炭化处理，得到玻璃碳石墨电极初级制品；S24、将步骤S23得到的玻璃碳石墨电极初级制品在2000℃～3000℃高温下热处理后，得到高纯玻璃碳石墨电极。本发明通过在石墨电极表面包覆玻璃碳层，可以在石墨电极表面形成保护层，阻止石墨电极中石墨在高温下向外溢出，从可降低多晶硅棒内碳元素含量。

技术研发人员：陈进斌,杨平,张泽宇,于飞,陈杨,杨凯,王小军
受保护的技术使用者：石嘴山市新宇兰山电碳有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15