CN101463500B - 高温炉耐火保温罩及其生产工艺 - 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高温炉耐火保温罩及其生产工艺，其特征是保温罩包括高密度的炭/炭复合材料里层[2]和低密度的炭/炭复合材料外层[1]，其生产工艺为炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工制成，本发明工艺合理，保温罩里层为高密度(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；而外层为低密度(0.4g/cm3～0.8g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右；因此，保温罩综合性能好，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，较之石墨保温罩，减小了保温罩壁厚，减轻了保温罩质量，其自身耗能也减少。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高温炉部件，具体地说是一种高温炉耐火保温罩及其生产工艺。
背景技术：
单晶炉和多晶硅铸锭炉等高温炉工作时，炉内温度高达1600℃以上，为减少热损失，降低能耗，保证炉内温度满足工艺要求，离不开既能耐火又具有良好保温性能的耐火保温罩。目前，高温炉耐火保温罩基本上由高密度、高强度、高纯度石墨制成，为加强保温效果，耐火保温罩外往往用石墨毡和/或炭毡包裹起来。因石墨制品导热系数高，为140W/mK左右，保温效果并不理想；又因石墨制品强度低，其抗折强度为13MPa左右，抗热震性能较差，急冷急热环境中易开裂，使用寿命较短，维修频繁，影响正常生产，也导致企业生产成本的增加。此外，大尺寸耐火保温罩成形困难，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，其高密度(1.2g/cm3～1.7g/cm3)的炭纤维复合材料的抗折强度为120MPa左右，导热系数仅为10W/mK左右，低密度(0.4g/cm3～0.8g/cm3)的炭纤维复合材料，其导热系数仅为0.8W/mK左右，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高温炉耐火保温罩及其生产工艺。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种高温炉耐火保温罩，其保温罩由炭/炭复合材料加工制成。
一种高温炉耐火保温罩，它由炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工制成。
本发明所述保温罩包括里层和外层，里层的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3，外层的表观密度为0.4g/cm3～0.8g/cm3。
本发明在加工时，为减缓外层的增密速度，使外层与里层的表观密度出现较大差异，里层和外层之间设有缓渗层。
本发明所述的缓渗层为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使外层与里层结合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
本发明为减少以辐射为传热方式的高温炉的热损失，在保温罩内壁上设有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板。
本发明所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，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，作为里层，与作为外层的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的保温罩预制体经化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍增密，制成所需要求的保温罩坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的保温罩坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
(4)机加工：将步骤(3)所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的保温罩。
本发明为减缓外层的增密速度，使外层与里层的表观密度出现较大差异，在步骤(1)中将作为里层的毡、缓渗层及外层层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体。
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，制成的保温罩预制体，其表观密度为0.25g/cm3～0.58g/cm3。
本发明在步骤(2)中，保温罩坯体的表观密度达到0.7g/cm3～1.2g/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，保温罩里层为高密度(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；而外层为低密度(0.4g/cm3～0.8g/cm3)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右；因此，保温罩综合性能好，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，较之石墨保温罩，减小了保温罩壁厚，减轻了保温罩质量，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。
一种高温炉耐火保温罩，其保温罩由炭/炭复合材料加工制成。
一种高温炉耐火保温罩，它由炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工制成。
本发明所述保温罩包括里层2和外层1，里层2的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3(本实施例为1.3g/cm3)，外层1的表观密度为0.4g/cm3～0.8g/cm3(本实施例为0.7g/cm3)。
所述保温罩的生产工艺，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，作为里层2，与作为外层1的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体；
(2)增密：将步骤(1)所得的保温罩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，制成所需要求的保温罩坯体；
(3)纯化：将步骤(2)所得的保温罩坯体放入高温炉中，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)所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的保温罩。
本发明在加工时，为减缓外层1的增密速度，使外层1与里层2的表观密度出现较大差异，在步骤(1)中将作为里层2的毡、缓渗层4及外层1层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体。
本发明所述的缓渗层4为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使外层1与里层2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(本实施例在作为里层2与炭布复合时，其面密度为140g/m2，作为外层1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)，制成的保温罩预制体，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，保温罩坯体的表观密度达到0.7g/cm3～1.2g/cm3。
这样，其保温罩里层2的密度较高，强度高，而外层1的密度较小，保温性好；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。
本发明为减少以辐射为传热方式的高温炉的热损失，在保温罩内壁上设有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板3。
此时，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)，去除上述过程中产生的杂质。
Claims (8)
1.一种高温炉耐火保温罩，它由炭/炭复合材料加工制成，即由炭纤维经制坯—增密—纯化—机加工制成，其特征是所述保温罩包括里层[2]和外层[1]，里层[2]的表观密度为1.2g/cm3～1.7g/cm3，外层[1]的表观密度为0.4g/cm3～0.8g/cm3，所述保温罩的制坯为由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡，作为里层[2]，与作为外层[1]的网胎层层缠绕后针刺复合后制成。
2.根据权利要求1所述的高温炉耐火保温罩，其特征是里层[2]和外层[1]之间设有缓渗层[4]，所述保温罩的制坯为由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡，作为里层[2]，将作为里层[2]的毡、缓渗层[4]及外层[1]层层缠绕后针刺复合后制成。
3.根据权利要求2所述的高温炉耐火保温罩，其特征是所述的缓渗层[4]为膨胀石墨纸或硫酸纸，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。
4.根据权利要求1或2所述的高温炉耐火保温罩，其特征是保温罩内壁上设有柔性石墨板[3]。
5.一种如权利要求1所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征是包括以下步骤：
⑴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，作为里层[2]，与作为外层[1]的网胎层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体；
⑵增密：将步骤⑴所得的保温罩预制体经化学气相沉积和/或液体浸渍增密，制成所需要求的保温罩坯体；
⑶纯化：将步骤⑵所得的保温罩坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
⑷机加工：将步骤⑶所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的保温罩。
6.一种如权利要求2所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征是包括以下步骤：
⑴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，作为里层[2]，将作为里层[2]的毡、缓渗层[4]及外层[1]层层缠绕后针刺复合，制成保温罩预制体；
⑵增密：将步骤⑴所得的保温罩预制体经化学气相沉积和/或液体浸渍增密，制成所需要求的保温罩坯体；
⑶纯化：将步骤⑵所得的保温罩坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；
⑷机加工：将步骤⑶所得保温罩坯体机加工成所需形状和尺寸的保温罩。
7.根据权利要求5或6所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征是在步骤⑴中，所述网胎的面密度为20 g/㎡～160g/㎡，炭布的面密度为200 g/㎡～320g/㎡，制成的保温罩预制体，其表观密度为0.25g/cm3～0.58g/cm3。
8.根据权利要求5或6所述高温炉耐火保温罩的生产工艺，其特征是在步骤⑵中，保温罩坯体的表观密度达到0.7g/cm3～1.2g/cm3。
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