CN100595350C - 单晶炉导流筒及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用炭/炭复合材料加工制成的单晶炉导流筒及其生产工艺，其特征是导流筒包括高密度的炭/炭复合材料表层[3]和低密度的炭/炭复合材料里层[2]，其生产工艺为炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工，本发明工艺合理，因导流筒表层[3]为高密度(1.2g/cm3～1.7g/cm3)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，而里层[2]为低密度(0.4g/cm3～0.9g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右，因此，导流筒综合性能好，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，较之石墨导流筒，减小了导流筒壁厚，减轻了导流筒质量，其自身耗能也减少。
Description
技术领域：
本发明涉及一种单晶炉热场零件，具体地说是一种单晶炉导流筒及其生产工艺。
背景技术：
单晶炉拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块等原料的石英坩埚放入位于埚托之上的石墨坩埚托内，在保护性气氛中加热熔化，调控到工艺温度后，籽晶经导流筒插入熔融多晶硅液中，与坩埚作逆向旋转并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列顺序结晶凝固成单晶硅棒。目前单晶炉导流筒普遍由石墨制成，在单晶硅棒拉制过程中，起着高温气体导流的作用。既要求其具有良好的耐热性能和力学性能，又要有一定的保温性能，以保持导流筒内单晶硅棒区与熔融的多晶硅液区的温差。由于石墨制品强度低，其抗折强度为13MPa左右，导热系数为140W/mK左右，抗热震性能较差，使用寿命较短；此外，大尺寸导流筒成形困难，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，特别适应于高温领域，现已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单晶炉导流筒及其生产工艺。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种单晶炉导流筒，其导流筒由炭/炭复合材料加工制成。
一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加工制成。
本发明所述导流筒包括表层和里层，表层的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3，里层的表观密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3。
本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观密度出现较大差异，在表层与里层之间设有缓渗层。
本发明所述的缓渗层为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使表层与里层结合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明所述单晶炉导流筒的生产工艺，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，作为表层，与作为里层的网胎层层缠绕后针刺复合，制成导流筒预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的导流筒预制体经化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
(4)机加工：将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。
本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观密度出现较大差异，在步骤(1)中将作为表层的毡、缓渗层及里层层层缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层、作为表层的毡进行针刺复合，制成导流筒预制体。
本发明在步骤(1)中，所述网胎的面密度为20g/m2～160g/m2，炭布的面密度为200g/m2～320g/m2，制成的导流筒预制体，其表观密度为0.25g/cm3～0.58g/cm3。
本发明在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm3～1.4g/cm3。
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，因导流筒表层为高密度(1.2g/cm3～1.7g/cm3)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，而里层为低密度(0.4g/cm3～0.9g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右，因此，导流筒综合性能好，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，较之石墨导流筒，减小了导流筒壁厚，减轻了导流筒质量，其自身耗能也减少。
附图说明：
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
由附图可知，一种单晶炉导流筒，其导流筒由炭/炭复合材料加工制成。
一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制坯-增密-纯化-机加工制成。
本发明所述导流筒包括表层3和里层2，表层3的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3(本实施例为1.3g/cm3)，里层2的表观密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3(本实施例为0.7g/cm3)。
所述导流筒的生产工艺，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，作为表层3，与作为里层2的网胎层层缠绕后针刺复合，制成导流筒预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的导流筒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，制成所需要求的导流筒坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，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℃～2800℃(本实施例为2500℃)，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)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。
本发明在加工时，为减缓里层2的增密速度，使表层3与里层2的表观密度出现较大差异，在步骤(1)中将作为表层3的毡、缓渗层1及里层2层层缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层1、作为表层3的毡进行针刺复合，制成导流筒预制体。
本发明所述的缓渗层1为膨胀石墨纸或硫酸纸；为使表层3与里层2在针刺复合时结合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明在步骤(1)中，所述网胎的面密度为20g/m2～160g/m2(本实施例在作为表层3与炭布复合时，其面密度为140g/m2，作为里层2时，其面密度为20g/m2)，炭布的面密度为200g/m2～320g/m2(本实施例为300g/m2)，制成的导流筒预制体，其表观密度为0.25g/cm3～0.58g/cm3(本实施例为0.5g/cm3)。
本发明在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm3～1.4g/cm3(本实施例为1.2g/cm3)。
这样，导流筒表层3的密度较高，强度高；而里层2的密度较小，保温性能好；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。
在机加工后，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℃～2500℃(本实施例为2000℃)，保温30分钟-360分钟(本实施例为260分钟)，去除机加工过程中产生的杂质。
Claims (8)
1、一种单晶炉导流筒，其特征是导流筒由炭纤维经制坯-增密-纯化-机加工制成；所述导流筒包括表层[3]和里层[2]，表层[3]的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3，里层[2]的表观密度为0.4g/cm3～0.9g/cm3。
2、根据权利要求1所述的单晶炉导流筒，其特征是表层[3]与里层[2]之间设有缓渗层[1]。
3、根据权利要求2所述的单晶炉导流筒，其特征是所述的缓渗层[1]为膨胀石墨纸或硫酸纸。
4、根据权利要求3所述的单晶炉导流筒，其特征是膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
5、一种如权利要求1所述单晶炉导流筒的生产工艺，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，作为表层[3]，与作为里层[2]的网胎层层缠绕后针刺复合，制成导流筒预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的导流筒预制体经化学气相渗透和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
(4)机加工：将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。
6、一种如权利要求2所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是包括以下步骤：
(1)制坯：由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡，作为表层[3]，将作为表层[3]的毡、缓渗层[1]及作为里层[2]的网胎层层缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层[1]、作为表层[3]的毡进行针刺复合，制成导流筒预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的导流筒预制体经化学气相渗透和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
(4)机加工：将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。
7、根据权利要求5或6所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是在步骤(1)中，所述网胎的面密度为20g/m2～160g/m2，炭布的面密度为200g/m2～320g/m2，制成的导流筒预制体，导流筒预制体的表观密度为0.25g/cm3～0.58g/cm3。
8、根据权利要求5或6所述单晶炉导流筒的生产工艺，其特征是经步骤(2)增密后，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm3～1.4g/cm3。
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Denomination of invention: Single-crystal furnace guide shell and production process thereof Effective date of registration: 20131122 Granted publication date: 20100324 Pledgee: Yiyang branch of Bank of Communications Ltd Pledgor: Hunan gold Bo composite Mstar Technology Ltd|Liao Jiqiao Registration number: 2013990000891 |
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