CN102992800B - 多晶硅铸锭炉热场s形加热器碳纤维预制体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，预制体的制备方法实施步骤如下：采用碳布铺层，设计连续长纤维在S线性趋向逐层加强，在碳布层上层铺设一层薄网胎后针刺，并根据产品要求体积密度控制针刺密度及层间密度，针刺密度为15-45针/cm2，层间密度为9-20层/10mm；设计纤维分布，逐层叠加，逐层针刺到产品设计尺寸，最终将预制件边缘加工到产品所需尺寸。该制备方法使预制体一次性整体成型，且在S线性趋向均布有连续长纤维，有助于提高加热器稳定强度，且采用碳纤维材料制得的碳碳复合加热器电阻率低，性能稳定，有效避免了高温下与炉内环境发生反应。
Description
技术领域
本发明属于热场碳碳复合材料技术领域，具体涉及多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体制备技术。
技术背景
CN201495105U加热室是多晶硅铸锭炉的心脏，其内装石墨加热器、隔热层、坩埚和硅料等。多晶硅的生长工艺过程必须通过加热室的调整来实现，因此，多晶硅铸锭炉加热室的结构设计显得至关重要。传统的多晶硅铸锭炉的工作原理：多晶硅铸锭炉在预热之前，炉体内预抽真空。可升降保温层与固定的底部隔热层留有搭接间隙。当硅料完全熔化开始结晶时，充入氩气，隔热框架升降装置将保温层及加热器缓慢向上提升，坩埚底部通过保温层与隔热层之间的距离散热，吸热氩气与水冷炉壁进行热量置换后产生降温，形成温度梯度，晶体从坩埚底部逐渐向上定向生长，液相温度梯度接近常数。真空机组和充气质量流量控制器相互匹配，使炉体内压力保持恒定设定值。
CN1887804A石墨材料具有纯度高、耐高温、导电导热性好、化学稳定性好等优点，最先被人们采用为晶硅炉热场装置部件材料，一般使用高纯石墨，要求三高，即高纯度、高强度、高密度，密度≥1.8g/cm3，要求的纯度极高，且不允许含有金属杂质，高温下不挥发游离的离子、原子杂质、即灰分度≤50PPM。
CN1887804A采用针刺碳布与无纬布相结合制成全碳纤维三向结构加热器预制体，加热器预制体的体积密度为0.25-0.65g/cm3，采用针刺技术在加热器预制体垂直方向引入增强纤维。
高纯石墨价格昂贵，且依赖进口，对于异形构件加工难度大，材料浪费严重，组装部件整体一致性差，电阻率不稳定，发热效果差，耐高温热震性差，更换频繁，纯度也较低。
发明内容
为了克服以上问题，本发明提供一种多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，该方法制备出的预制体层间密度均匀，孔隙分布均匀，容易气相沉积渗透，不易分层。用其制备的碳/碳复合材料加热器强度高、质量轻、抗热振性好、 电阻率稳定，发热功效好，使用寿命长。
为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，所述预制体为铸锭炉用C/C复合加热器预制体，所述预制体的制备方法实施步骤如下：采用碳布铺层，设计连续长纤维在S线性趋向逐层加强，在碳布层上层铺设一层薄网胎后针刺，并根据产品要求体积密度控制针刺密度及层间密度，针刺密度为15-45针/厘米2，层间密度为1-20层/10mm；设计纤维分布，逐层叠加，逐层针刺到产品设计尺寸，最终将预制件边缘加工到产品所需尺寸。
进一步地，所述长纤维占有率为0%-95%。
进一步地，所述碳布为碳纤维织造成的平纹布或斜纹布或缎纹布或无纬单向布，面密度为100-400g/m2，碳布碳纤维为≥6K。
进一步地，所述网胎为由纤维长度为30-100mm的短切聚丙烯腈基碳纤维，经化学或物理的成网工艺制成面密度为20-400g/m2的可针刺无纺织物，网胎碳纤维为≥6K。
进一步地，所述预制体体积密度为0.20～0.65g/cm3，T型剥离强度为0.1-1.2KN/m。
作为制造多晶硅铸锭炉热场S形加热器的高性能增强材料，可设计性较强，一次性整体成型，且在S线性趋向均布有连续长纤维，有助于提高加热器稳定强度，且采用碳纤维材料制得的碳碳复合加热器电阻率低，性能稳定，有效避免高温下与炉内环境发生反应，有效提高了加热器的使用寿命，减少了其更换频率。原材料利用率高，且满足各种大尺寸加热器件增强材料的制作需求，满足半导体行业的发展高需求。
具体实施方式
实施例1
采用面密度为260g/m2的无纬布及面密度为50g/m2的网胎铺层后针刺，针刺密度为35针/cm2，逐层叠加，逐层针刺，制得厚度为16mm的碳纤维热场预制件，其层间密度为15层/10mm，体积密度为0.48g/cm3，T型剥离强度为0.355KN/m。
实施例2
采用面密度为360g/m2的平纹碳布及面密度为90g/m2的网胎铺层后针刺，针刺密度为40针/cm2，逐层叠加，逐层针刺，制得厚度为16.5mm的碳纤维热场预制件，其层间密度为9层/10mm，体积密度为0.56g/cm3，T型剥离强度为0.323KN/m。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，所述预制体为铸锭炉用C/C复合加热器预制体，其特征在于，所述预制体的制备方法实施步骤如下：采用碳布铺层，设计连续长纤维在S线性趋向逐层加强，在碳布层上层铺设一层薄网胎后针刺，并根据产品要求体积密度控制针刺密度及层间密度，针刺密度为15-45针/cm2，层间密度为1-20层/10mm；设计纤维分布，逐层叠加，逐层针刺到产品设计尺寸，最终将预制件边缘加工到产品所需尺寸；
其中，所述碳布为碳纤维织造成的平纹布或斜纹布或缎纹布或无纬单向布，面密度为100-400g/m2，碳布碳纤维为≥6K；
所述网胎为由纤维长度为30-100mm的短切聚丙烯腈基碳纤维，无纺非织造的成网工艺制成面密度为20-400g/m2的可针刺无纺织物，网胎碳纤维为≥6K。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述长纤维占有率为0-95%。
3.根据权利要求1所述一种多晶硅铸锭炉热场S形加热器碳纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述预制体体积密度为0.20～0.65g/cm3，T型剥离强度为0.1-1.2KN/m。
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