CN113547684A - 一种大尺寸碳碳埚托的模压模具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大尺寸碳碳埚托的模压模具及其制备方法，该模压模具包括上半部工装和设有模压预制体槽的下半部工装，该模压预制体槽的底部为平面，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的盘状，上半部工装对应所述下半部工装也为中间平整，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的结构。本发明采用制作周期短，工艺相对简单的板材预制体进行浸渍模压，浸渍模压工装采用特殊的工装模具，引导规律性的褶皱，使得厚度较低的预制体能够成型为与产品形状相似的盘状，同时能够令预制体的浪费量较小。

Description

一种大尺寸碳碳埚托的模压模具及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种大尺寸碳碳埚托的模压模具及其制备方法。
背景技术
在单晶硅的制备过程中,需要用到碳/碳复合材料的埚托等产品，碳/碳埚托其作为承载坩埚的受力件，高密度、高强度碳碳材料，抗腐蚀性能强,承重1000kg以上；单晶硅制备热场中的主要损耗材料，使用寿命的长短，直接影响单炉次的运行成本和设备的安全隐患，由于光伏行业的飞速发展，碳/碳坩埚尺寸在逐渐变大，承载的埚托尺寸和承重能力也在变大，埚托作为厚壁件，传统的预制体工艺制作周期长，人工和时间成本高，碳碳件沉积制备过程中，需要多次进行气相沉积和粗车外表面，才能达到密度要求。
专利《一种模压针刺碳碳埚托的制作方法》(专利号：CN112358232A)公开了一种模压针刺碳碳埚托的制作方法，涉及埚托技术领域，该模压针刺碳碳埚托的制作方法,包括原料:碳纤维毡、碳纤维布、液体酚醛树脂；步骤:将碳纤维毡、碳纤维布通过碳纤维针刺，形成胚体:将液体酚醛树脂倒在胚体的表面，使液体酚醛树脂完全渗透胚体，然后进行预先烘制；将胚体放入加工好的石墨模具工装内，随后将整个模具放入到平板硫化机内，以对胚体进行热压成型，成形后的胚体会形成埚托；将埚托进行脱模处理，接着对埚托分别进行化学气相沉积增密以及液体酚醛树脂浸渍-碳化工艺增密，通过在针刺后的埚托上加入液体酚醛树脂并通过热压的方式制成的埚托，在高温的情况下使用时,不易出现突起、开裂、刺脱。现有制作方法还有一种就是通过人工的方法制备形状复杂的盘状的预制体进行化学气相沉积增密。
碳碳埚托件是一个中心平缓，四周翘起的盘状结构，由于形状特殊，制作对应异形碳纤维预制体周期较长，人工成本高昂。倘若用平板状的预制体直接模压或者硫化，不但浪费预制体，还容易出现不规则的褶皱或撕裂，导致毛坯件损坏或者余量不够，达不到合格标准，造成不必要的浪费；以上提到的专利和现有技术并没有对上述问题进行解决。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种大尺寸碳碳埚托的模压模具及其制备方法。本发明在不影响埚托的力学性能的前提下，采用树脂浸渍模压+化学液相沉积的形式，可缩短埚托预制体和碳碳件的制备周期，达到降本增效的目的。
本发明可通过以下技术方案予以解决：
一种大尺寸碳碳埚托的模压模具，包括上半部工装和设有模压预制体槽的下半部工装，该模压预制体槽的底部为平面，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的盘状，所述上半部工装对应所述下半部工装也为中间平整，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的结构。
优选地，所述四周曲翘的带规律性折线或波浪起伏与对应基准面的角度为5～30°。
优选地，所述下半部工装的中心位置设有3-8个到导流孔，直径范围为20-50毫米之间。
优选地，所述上半部工装的截面为圆形或方形。
一种根据以上所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，包括以下步骤：
1)制备板材预制体；
2)将正方体的预制体裁剪成圆饼形状，置入浸渍槽内浸泡树脂，取出滤干；
3)将浸渍好的预制体放入所述模压模具内，最终热压成型四周带有规律褶皱的盘状毛坯，放入碳化炉中进行碳化处理；
4)最后将热压成型的半成品放入碳化炉中碳化，碳化后进行浸渍增密或沉积增密；
5)当密度达到1.4以上，进行高温热处理，之后上车床进行机加工处理，机加工多余尺寸和褶皱最终达到客户产品要求。
优选地，所述步骤1)中制备板材预制体为：复合布，网胎连续针刺成型，针刺空隙均匀错开，预制体表面针孔不能过大，针刺密度10-20针/cm^2,层间密度11-15层/cm，进针深度15-30mm,板材预制体厚度可比成品最厚处厚5mm-40mm。
优选地，所述步骤2)中置入浸渍槽内浸泡树脂，浸泡5-10小时。
优选地，所述步骤3)中所述模压模具内，压机温度保持在100-250℃，碳化炉中温度为500～700℃。
优选地，所述步骤5)中高温热处理的温度为温度1500C°～2500C°。
跟现有技术比本发明具有以下有益效果：
传统的埚托预制体采用木模型，编织绕丝铺层工艺，生产周期长，对于形状特殊的埚托状预制体，生产周期达到了埚邦类预制体的6-10倍，产量小，人力成本高昂。本发明先制作简单高效的板材预制体，通过热压机+工装模压的形式，使特殊设计的板材预制体快速模压成型，大大提高生产效率，降低人工和时间成本。
在板材预制体热压机模压过程中，如果没有限制，预制体会出现不可控制的褶皱或撕裂，使毛坯件损坏或余量不足，无法制作成产品。本发明采用规律性内表面含规律性规律性折线或波浪起伏的模压工装，能够有效控制毛坯件的褶皱尺寸在一定范围内，避免最终加工浪费，也可避免预制体因受力不均匀而导致变形。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为通过本发明模压模具热压成型后的毛坯件俯视图；
图3为通过本发明模压模具热压成型后的毛坯件侧视图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1所示，一种大尺寸碳碳埚托的模压模具，包括上半部工装1和设有模压预制体槽的下半部工装2，该模压预制体槽的底部为平面，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的盘状，上半部工装1对应下半部工装2也为中间平整，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的结构。
其中，四周曲翘的带规律性折线或波浪起伏与对应基准面的角度为5～30°。
其中，上半部工装1的截面为圆形或方形。
上半部工装1为压机直接受力部位，下半部工装2为间接受力部分，上下两部分对应为中间平整，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的盘状，将浸渍过的圆饼预制体3置入下半部工装2圆槽内，通过压机下压的压力作用于上半部工装1，挤压中间预制体3与下半部工装2，形成上下之间规律性的褶皱，褶皱之间的角度根据产品尺寸调整，褶皱可引导预制体余量在可控的范围变化，可避免预制体3因受力不均匀而导致变形，下半部工装2中心设置有3-8个导流孔，直径在20-50毫米之间，引导受挤压而排出的树脂。通过该模压模具热压成型后的毛坯件，整体形状如图2和3所示。
一种大尺寸碳碳埚托的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据埚托产品尺寸设计模压模具，模压模具为金属材质，模具的内部空间为中间平，四周曲翘的盘状，四周曲翘部分的内部折线或波浪起伏与对应基准面的角度为5～30°；
(2)制备板材预制体：复合布，网胎连续针刺成型，针刺空隙均匀错开，预制体表面针孔不能过大，针刺密度10-20针/cm^2,层间密度11-15层/cm，进针深度15-30mm,板材预制体厚度可比成品最厚处厚5mm-40mm；
(3)将正方体的预制体裁剪成圆饼形状，置入浸渍槽内浸泡树脂(树脂可以是酚醛树脂，糠酮树脂及其他高残炭率热固性树脂)，浸泡5-10小时，取出滤干；
(4)将浸渍好的预制体放入所述模压模具内，压机温度保持在100-250℃，最终热压成型四周带有规律褶皱的盘状毛坯，放入碳化炉中进行500～700℃碳化处理；
(5)最后将热压成型的半成品放入碳化炉中碳化，碳化后进行浸渍增密或沉积增密；
(6)当密度达到1.4以上，进行高温热处理，温度1500C°～2500C°，之后上车床进行机加工处理，机加工多余尺寸和褶皱最终达到客户产品要求。
最终用尺寸较薄的板状预制体即制备成了对应的异形埚托，该方法成本可控，工艺简单，所制备产品力学性能好，经久耐用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大尺寸碳碳埚托的模压模具，其特征在于，包括上半部工装和设有模压预制体槽的下半部工装，该模压预制体槽的底部为平面，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的盘状，所述上半部工装对应所述下半部工装也为中间平整，四周曲翘带规律性折线或波浪起伏的结构。
2.根据权利要求1所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具，其特征在于，所述四周曲翘的带规律性折线或波浪起伏与对应基准面的角度为5～30°。
3.根据权利要求2所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具，其特征在于，所述下半部工装的中心位置设有3-8个到导流孔，直径范围为20-50毫米之间。
4.根据权利要求3所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具，其特征在于，所述上半部工装的截面为圆形或方形。
5.一种根据权利要求4所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备板材预制体；
2)将正方体的预制体裁剪成圆饼形状，置入浸渍槽内浸泡树脂，取出滤干；
3)将浸渍好的预制体放入所述模压模具内，最终热压成型四周带有规律褶皱的盘状毛坯，放入碳化炉中进行碳化处理；
4)最后将热压成型的半成品放入碳化炉中碳化，碳化后进行浸渍增密或沉积增密；
5)当密度达到1.4以上，进行高温热处理，之后上车床进行机加工处理，机加工多余尺寸和褶皱，最终达到客户产品要求。
6.根据权利要求5所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，其特征在于，所述步骤1)中制备板材预制体为：复合布，网胎连续针刺成型，针刺空隙均匀错开，预制体表面针孔不能过大，针刺密度10-20针/cm^2,层间密度11-15层/cm，进针深度15-30mm,板材预制体厚度可比成品最厚处厚5mm-40mm。
7.根据权利要求5所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，其特征在于，所述步骤2)中置入浸渍槽内浸泡树脂，浸泡5-10小时。
8.根据权利要求5所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，其特征在于，所述步骤3)中所述模压模具内，压机温度保持在100-250℃，碳化炉中温度为500～700℃。
9.根据权利要求5所述的大尺寸碳碳埚托的模压模具制备大尺寸碳碳埚托的方法，其特征在于，所述步骤5)中高温热处理的温度为温度1500C°～2500C°。
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