CN116120083B - 一种整体式碳碳坩埚制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体式碳碳坩埚制备方法，属于负极材料用碳碳复合材料坩埚技术领域，具体涉及于采用了将碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物浸入含有液态酚醛树脂的混合胶液中，经固化以及石墨化处理，得到石墨化料片，然后将石墨化料片制成坩埚形状，并于液态酚醛树脂中浸渍，浸渍处理后再石墨化，得到碳碳坩埚，混合胶液中至少含有液态酚醛树脂和水；酰胺改性碳纤维织物的制备中，首先将碳纤维织物于高锰酸钾溶液中氧化，然后浸于乙二胺溶液中反应，最后浸于丙烯酸溶液中反应，得到酰胺改性碳纤维织物。本发明公开了一种低成本、制备周期短、使用寿命长的整体式碳碳坩埚。

Description

一种整体式碳碳坩埚制备方法
技术领域
本发明属于负极材料用碳碳复合材料坩埚技术领域，具体涉及一种整体式碳碳坩埚制备方法。
背景技术
目前负极材料用坩埚主要为石墨坩埚，石墨坩埚使用石墨坯料机加工而成，加工时间长、成本高、石墨材料易损坏、使用寿命短等。
目前负极材料用坩埚主要为石墨坩埚，石墨坩埚主要使用优质的石墨坯料经机械加工的方法生产，而石墨坯料生产需经过石墨原料预碎、煅烧、粉碎、筛分、配料、混捏、压型、焙烧、浸渍、石墨化等工序，此种方法生产周期长、效率低，由于采用机械切屑成型坩埚内部空间，导致材料浪费较多，制造成本高。
整体式碳碳坩埚采用碳纤维织物为增强材料，浸润树脂混合液后烘干，然后铺覆、成型固化、石墨化、机加工、浸渍、石墨化工艺，改工艺路线制备周期短、成本低、适合大批量生产。织物层间易出现分层问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、制备周期短、使用寿命长的整体式碳碳坩埚。
本发明使用碳纤维织物，大大提高了碳碳坩埚的强度和使用寿命。
本发明公开了一种新模压工艺，用以制造整体式碳碳坩埚，极大减少了原材料的浪费和机加工时间，为制造碳碳坩埚提供了一种新的低成本、快速制造方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种整体式碳碳坩埚，包括：以碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物为主要材料制成的碳碳坩埚；碳碳坩埚中包括辅材，辅材包括液态酚醛树脂和/或环氧改性剂；酰胺改性碳纤维织物上含有乙二胺与丙烯酸的酰胺类化合物；环氧改性剂由PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成。本发明通过在碳纤维织物上引入含有液态酚醛树脂的混合胶液，然后经过石墨化处理得到料片，然后再将料片制成坩埚形状，并再次引入液态酚醛树脂，最后石墨化处理制成坩埚，通过两次引入液态酚醛树脂以及石墨化制成的坩埚具有好的性能，本发明中第一次引入液态酚醛树脂时有其他试剂并存，而第二次引入的液态酚醛树脂不含其他试剂，本发明通过将上述环氧改性剂引入混合胶中，即加入于第一次引入液态酚醛树脂的工序中，在石墨化后，其跟第二次的液态酚醛树脂相互作用，提高了二次负载效果，并在石墨化中得到更优的结构，提高得到的整体式碳碳坩埚的性能，提高了其压缩强度、抗弯强度，并降低了整体式碳碳坩埚的热膨胀系数。本发明还可以对碳纤维织物进行改性，得到酰胺改性碳纤维织物，然后经过改性后的碳纤维织物在负载液态酚醛树脂时，具有好的负载效果，并在石墨化后得到性能更佳的整体式碳碳坩埚，其压缩强度、抗弯强度提高，热膨胀系数降低。而在使用酰胺改性碳纤维织物以及环氧改性剂时，其压缩强度、抗弯强度提高，热膨胀系数降低。
优选地，碳纤维织物为T700级PAN碳纤维织物。
优选地，辅材中还含有异丙基缩水甘油醚。
优选地，整体式坩埚的制造工艺为模压工艺，采用模具为双面模压模具。
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，包括：
将裁切好的碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物置于混合胶液中浸润处理，浸润后固化处理、石墨化处理得到石墨化料片，石墨化料片加工成坩埚形状，浸于液态酚醛树脂中处理及取出石墨化，得到整体式碳碳坩埚；
酰胺改性碳纤维织物上含有乙二胺与丙烯酸的酰胺类化合物；混合胶液中含有液态酚醛树脂和/或环氧改性剂，环氧改性剂由PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成。
优选地，液态酚醛树脂室温粘度≤500mpas。
优选地，浸润处理中，混合胶液的负载量为固体材料的40-60wt%，固体材料为碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物。
优选地，混合胶液为液态酚醛树脂和溶剂的混合物，溶剂为水。
优选地，混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
优选地，整体式坩埚的固化方式为烘箱固化，固化温度为100-300℃。
优选地，混合胶液的配制中，将酚醛树脂和溶剂在20-40℃下混合搅拌0.5-2h。酚醛树脂为液态酚醛树脂，溶剂为水，酚醛树脂的使用量为溶剂的20-40wt%。搅拌速度100-500转/分。
优选地，溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液态酚醛树脂，酚醛树脂的用量为30g。搅拌速度300转/分。
优选地，混合胶液可以加入环氧改性剂，环氧改性剂的制备中，将PEG和顺丁烯二酸酐混合，在40-50℃下反应0.5-2h，然后加入催化剂和环氧树脂，在110-130℃下反应1-3h，然后加入亚硫酸氢钠溶液，在110-130℃下反应1-3h，最后中和溶液至中性，得到环氧改性剂。
更优选地，环氧改性剂的制备中，PEG的使用量为顺丁烯二酸酐的80-120wt%。
更优选地，环氧改性剂的制备中，催化剂为四丁基溴化铵，催化剂的使用量为顺丁烯二酸酐的2-8wt%。
更优选地，环氧改性剂的制备中，环氧树脂为EP-51，环氧树脂的使用量为顺丁烯二酸酐的80-120wt%。
更优选地，环氧改性剂的制备中，亚硫酸氢钠溶液中亚硫酸氢钠的含量为20-40wt%。
更优选地，环氧改性剂的制备中，亚硫酸氢钠溶液的使用量以其中亚硫酸氢钠的量为计量基准，亚硫酸氢钠的使用量为顺丁烯二酸酐的20-40wt%。
更优选地，环氧改性剂的制备中，顺丁烯二酸酐的使用量为10g，PEG的使用量为10g，催化剂为四丁基溴化铵，催化剂的使用量为0.5g，环氧树脂为EP-51，环氧树脂的使用量为10g，亚硫酸氢钠溶液的使用量为10g，其中，亚硫酸氢钠的含量为3g。
更优选地，混合胶液的配制中加入环氧改性剂，环氧改性剂的使用量为溶剂的5-15wt%。
更优选地，混合胶液的配制中加入环氧改性剂，环氧改性剂的使用量为10g。
更优选地，混合胶液的配制中加入异丙基缩水甘油醚，异丙基缩水甘油醚的使用量为溶剂的2-5wt%。本发明在混合胶液中还可以加入异丙基缩水甘油醚，在未对碳纤维织物进行改性或未使用环氧改性剂的条件下，仅加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的性能的提高效果有限，而在对碳纤维织物进行改性或使用环氧改性剂的条件下，同时加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的性能的提高效果较好，并且改性后的碳纤维织物与异丙基缩水甘油醚的共同使用优于环氧改性剂和异丙基缩水甘油醚的共同使用。
更优选地，混合胶液的配制中加入异丙基缩水甘油醚，异丙基缩水甘油醚的使用量为3g。
优选地，碳纤维织物的浸润处理中，将裁切好的碳纤维织物置于混合胶液中，混合胶液的液面高出待浸润的碳纤维织物，浸润时间为0.5-2h，浸润完成后，在50-70℃下烘干处理0.5-2h，得到浸润碳纤维织物。浸润处理中，混合胶液的负载量为碳纤维织物的40-60wt%。
优选地，浸润碳纤维织物的固化处理中，将浸润后的碳纤维织物在150-180℃下固化处理0.5-2h，得到固化后的浸润碳纤维织物，即产品料片。
优选地，产品料片在1700-1900℃进行石墨化处理，石墨化处理中采用氮气保护，石墨化时间300-400h，得到石墨化料片。
优选地，对石墨化料片按坩埚形状加工，得到石墨化料片坩埚。
优选地，石墨化料片坩埚的增密处理中，将石墨化料片坩埚浸于含有液态酚醛树脂的浸渍罐中进行浸渍处理4-6h，浸渍处理的温度为170-180℃，浸渍处理的压力为1.5-2.5MPa，得到浸渍石墨化料片坩埚。
优选地，增密石墨化坩埚的制备中，浸渍石墨化料片坩埚在1700-1900℃进行石墨化处理，石墨化处理中采用氮气保护，石墨化时间300-400h，得到增密石墨化坩埚，即整体式碳碳坩埚。
优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，将碳纤维织物置于高锰酸钾溶液中，在100-140℃下水热反应处理0.5-2h，得到酸化碳纤维织物；然后酸化碳纤维织物置于乙二胺溶液中，在40-60℃下反应12-36h，处理完成后取出，干燥，然后置于丙烯酸溶液中，在30-50℃下反应12-36h，反应完成后，过滤，干燥，得到酰胺改性碳纤维织物。
更优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，高锰酸钾溶液中高锰酸钾的含量为0.3-0.9wt%。
更优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，碳纤维织物的使用量为高锰酸钾溶液的2-10wt%。
更优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，乙二胺溶液由乙二胺与甲醇混合而成，乙二胺溶液中乙二胺的含量为20-40wt%，酸化碳纤维织物以初始碳纤维织物的量为基准，初始碳纤维织物的使用的量为乙二胺溶液的10-20wt%。
更优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，丙烯酸溶液由丙烯酸与甲醇混合而成，丙烯酸溶液中丙烯酸的含量为20-40wt%，酸化碳纤维织物以初始碳纤维织物的量为基准，初始碳纤维织物的使用的量为丙烯酸溶液的10-20wt%。
更优选地，酰胺改性碳纤维织物的制备中，高锰酸钾溶液的使用量为100g，其中，高锰酸钾的含量为0.5g；碳纤维织物的使用量为5g；乙二胺溶液的使用量为40g，其中，乙二胺的含量为12g；丙烯酸溶液的使用量为40g，其中，丙烯酸的含量为12g。
本发明制备的碳碳坩埚，整体性好、使用寿命长、制造周期短、成本低。
本发明由于采用了将碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物浸入含有液态酚醛树脂的混合胶液中，经固化以及石墨化处理，得到石墨化料片，然后将石墨化料片制成坩埚形状，并于液态酚醛树脂中浸渍，浸渍处理后再石墨化，得到碳碳坩埚，混合胶液中至少含有液态酚醛树脂和水；酰胺改性碳纤维织物的制备中，首先将碳纤维织物于高锰酸钾溶液中氧化，然后浸于乙二胺溶液中反应，最后浸于丙烯酸溶液中反应，得到酰胺改性碳纤维织物；本发明混合胶液中还可以加入异丙基缩水甘油醚，因而具有如下有益效果：本发明制备得到的碳碳坩埚的压缩强度高、抗弯强度高以及热膨胀系数低。因此，本发明是一种低成本、制备周期短、使用寿命长的整体式碳碳坩埚制备方法。
附图说明
图1为整体式碳碳坩埚示意图；
图2为整体式碳碳坩埚实物图；
图3为整体式碳碳坩埚的压缩强度图；
图4为整体式碳碳坩埚的抗弯强度图；
图5为整体式碳碳坩埚的热膨胀系数图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
一种如图1-2所示的整体式碳碳坩埚制备方法，
混合胶液的配制：将酚醛树脂和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g。搅拌速度300转/分。
碳纤维织物的浸润处理：将裁切好的碳纤维织物置于混合胶液中，混合胶液的液面高出待浸润的碳纤维织物，浸润时间为1h，浸润完成后，在60℃下烘干处理1h，得到浸润碳纤维织物。浸润处理中，混合胶液的负载量为碳纤维织物的50wt%。
浸润碳纤维织物的固化处理：将浸润后的碳纤维织物在170℃下固化处理1h，得到固化后的浸润碳纤维织物，即产品料片。
石墨化坩埚的制备：产品料片在1800℃进行石墨化处理，石墨化处理中采用氮气保护，石墨化时间360h，得到石墨化料片。
对石墨化料片按坩埚形状加工，得到石墨化料片坩埚。
石墨化料片坩埚的增密处理：将石墨化料片坩埚浸于含有液态酚醛树脂的浸渍罐中进行浸渍处理5h，浸渍处理的温度为175℃，浸渍处理的压力为2MPa，得到浸渍石墨化料片坩埚。
石墨化坩埚的制备：浸渍石墨化料片坩埚在1800℃进行石墨化处理，石墨化处理中采用氮气保护，石墨化时间360h，得到石墨化坩埚，即整体式碳碳坩埚。
实施例2：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，碳纤维织物进行了改性，即将实施例1中初始使用的碳纤维织物替换为酰胺改性碳纤维织物。其他步骤与实施例1保持一致。
酰胺改性碳纤维织物的制备：将碳纤维织物置于高锰酸钾溶液中，在120℃下水热反应处理1h，得到酸化碳纤维织物；然后酸化碳纤维织物置于乙二胺溶液中，在50℃下反应24h，处理完成后取出，干燥，然后置于丙烯酸溶液中，在40℃下反应24h，反应完成后，过滤，干燥，得到酰胺改性碳纤维织物。高锰酸钾溶液的使用量为100g，其中，高锰酸钾的含量为0.5g；碳纤维织物的使用量为5g；乙二胺溶液的使用量为40g，其中，乙二胺的含量为12g；丙烯酸溶液的使用量为40g，其中，丙烯酸的含量为12g。
实施例3：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，混合胶液中还含有环氧改性剂。
环氧改性剂的制备：将PEG和顺丁烯二酸酐混合，在45℃下反应1h，然后加入催化剂和环氧树脂，在120℃下反应2h，然后加入亚硫酸氢钠溶液，在120℃下反应2h，最后中和溶液至中性，得到环氧改性剂。顺丁烯二酸酐的使用量为10g，PEG的使用量为10g，催化剂为四丁基溴化铵，催化剂的使用量为0.5g，环氧树脂为EP-51，环氧树脂的使用量为10g，亚硫酸氢钠溶液的使用量为10g，其中，亚硫酸氢钠的含量为3g。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、环氧改性剂和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，环氧改性剂的使用量为10g。搅拌速度300转/分。
实施例4：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，混合胶液中还含有环氧改性剂，实施例1中初始使用的碳纤维织物替换为酰胺改性碳纤维织物。
酰胺改性碳纤维织物的制备：将碳纤维织物置于高锰酸钾溶液中，在120℃下水热反应处理1h，得到酸化碳纤维织物；然后酸化碳纤维织物置于乙二胺溶液中，在50℃下反应24h，处理完成后取出，干燥，然后置于丙烯酸溶液中，在40℃下反应24h，反应完成后，过滤，干燥，得到酰胺改性碳纤维织物。高锰酸钾溶液的使用量为100g，其中，高锰酸钾的含量为0.5g；碳纤维织物的使用量为5g；乙二胺溶液的使用量为40g，其中，乙二胺的含量为12g；丙烯酸溶液的使用量为40g，其中，丙烯酸的含量为12g。
环氧改性剂的制备：将PEG和顺丁烯二酸酐混合，在45℃下反应1h，然后加入催化剂和环氧树脂，在120℃下反应2h，然后加入亚硫酸氢钠溶液，在120℃下反应2h，最后中和溶液至中性，得到环氧改性剂。顺丁烯二酸酐的使用量为10g，PEG的使用量为10g，催化剂为四丁基溴化铵，催化剂的使用量为0.5g，环氧树脂为EP-51，环氧树脂的使用量为10g，亚硫酸氢钠溶液的使用量为10g，其中，亚硫酸氢钠的含量为3g。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、环氧改性剂和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，环氧改性剂的使用量为10g。搅拌速度300转/分。
实施例5：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、异丙基缩水甘油醚和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，异丙基缩水甘油醚的使用量为3g。搅拌速度300转/分。
实施例6：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例2相比，不同之处在于，混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、异丙基缩水甘油醚和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，异丙基缩水甘油醚的使用量为3g。搅拌速度300转/分。
实施例7：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例3相比，不同之处在于，混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、异丙基缩水甘油醚、环氧改性剂和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，异丙基缩水甘油醚的使用量为3g，环氧改性剂的使用量为10g。搅拌速度300转/分。
实施例8：
一种整体式碳碳坩埚的制备方法，本实施例与实施例4相比，不同之处在于，混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
混合胶液的配制：将酚醛树脂、异丙基缩水甘油醚、环氧改性剂和溶剂在30℃下混合搅拌1h。溶剂为水，溶剂的用量为100g，酚醛树脂为液体酚醛树脂，购自济南大晖化工科技有限公司，酚醛树脂的用量为30g，异丙基缩水甘油醚的使用量为3g，环氧改性剂的使用量为10g。搅拌速度300转/分。
试验例：
本发明制备得到的整体式碳碳坩埚与石墨坩埚进行对比，本发明中使用的石墨坩埚采用本发明实施例1的方法制备得到，即将实施例1中裁切好的碳纤维织物替换为石墨材料，该石墨材料经预碎、煅烧、粉碎、筛分、配料、混捏、压型制成，上述工序皆为现有技术，石墨坩埚为对照组。
本发明对实施例中制备得到的整体式碳碳坩埚及对照组的石墨坩埚进行了压缩强度测试，其结果如图3所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，D1为对照组，本发明通过将碳纤维织物浸入含有液态酚醛树脂的混合胶液中，经固化以及石墨化处理，得到石墨化料片，然后将石墨化料片制成坩埚形状，并于液态酚醛树脂中浸渍，浸渍处理后再石墨化，得到碳碳坩埚，本发明中使用的混合胶液中含有液态酚醛树脂和水，通过上述方法制备得到的碳碳坩埚具有好的压缩强度，本发明可以对碳纤维织物进行改性，在碳纤维织物上接枝酰胺化合物，首先将碳纤维织物于高锰酸钾溶液中氧化，然后浸于乙二胺溶液中反应，最后浸于丙烯酸溶液中反应，得到酰胺改性碳纤维织物，经过改性制备的碳纤维织物用于后续工序制备得到碳碳坩埚，由酰胺改性碳纤维织物作为原料制备得到的碳碳坩埚的压缩强度提高，表明酰胺改性碳纤维织物上的酰胺基团在浸入含有液态酚醛树脂的胶液中及后续处理下，具有好的提高碳碳坩埚的压缩强度的效果；本发明还通过将PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成一种环氧改性剂，然后在制备碳碳坩埚的混合胶液中加入环氧改性剂，然后将未改性的碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物浸于其中，再经后续处理制备得到的碳碳坩埚的压缩强度提高，进一步地，本发明在混合胶液中加入了异丙基缩水甘油醚，在未对碳纤维织物进行改性或未使用环氧改性剂的条件下，仅加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的压缩强度的提高效果较弱，而在对碳纤维织物进行改性或使用环氧改性剂的条件下，同时加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的压缩强度的提高效果较好，并且改性后的碳纤维织物与异丙基缩水甘油醚的共同使用优于环氧改性剂和异丙基缩水甘油醚的共同使用。
本发明对实施例中制备得到的整体式碳碳坩埚及对照组的石墨坩埚进行了抗弯强度测试，其结果如图4所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，D1为对照组，本发明通过将碳纤维织物浸入含有液态酚醛树脂的混合胶液中，经固化以及石墨化处理，得到石墨化料片，然后将石墨化料片制成坩埚形状，并于液态酚醛树脂中浸渍，浸渍处理后再石墨化，得到碳碳坩埚，本发明中使用的混合胶液中含有液态酚醛树脂和水，通过上述方法制备得到的碳碳坩埚具有好的抗弯强度，本发明可以对碳纤维织物进行改性，在碳纤维织物上接枝酰胺化合物，首先将碳纤维织物于高锰酸钾溶液中氧化，然后浸于乙二胺溶液中反应，最后浸于丙烯酸溶液中反应，得到酰胺改性碳纤维织物，经过改性制备的碳纤维织物用于后续工序制备得到碳碳坩埚，由酰胺改性碳纤维织物作为原料制备得到的碳碳坩埚的抗弯强度提高，表明酰胺改性碳纤维织物上的酰胺基团在浸入含有液态酚醛树脂的胶液中及后续处理下，具有好的提高碳碳坩埚的抗弯强度的效果；本发明还通过将PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成一种环氧改性剂，然后在制备碳碳坩埚的混合胶液中加入环氧改性剂，然后将未改性的碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物浸于其中，再经后续处理制备得到的碳碳坩埚的抗弯强度提高，进一步地，本发明在混合胶液中加入了异丙基缩水甘油醚，在未对碳纤维织物进行改性或未使用环氧改性剂的条件下，仅加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的抗弯强度的提高效果较弱，而在对碳纤维织物进行改性或使用环氧改性剂的条件下，同时加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的抗弯强度的提高效果较好，并且改性后的碳纤维织物与异丙基缩水甘油醚的共同使用优于环氧改性剂和异丙基缩水甘油醚的共同使用。
本发明对实施例中制备得到的整体式碳碳坩埚及对照组的石墨坩埚进行了热膨胀系数测试，其结果如图5所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，D1为对照组，本发明通过将碳纤维织物浸入含有液态酚醛树脂的混合胶液中，经固化以及石墨化处理，得到石墨化料片，然后将石墨化料片制成坩埚形状，并于液态酚醛树脂中浸渍，浸渍处理后再石墨化，得到碳碳坩埚，本发明中使用的混合胶液中含有液态酚醛树脂和水，通过上述方法制备得到的碳碳坩埚具有较低的热膨胀系数，本发明可以对碳纤维织物进行改性，在碳纤维织物上接枝酰胺化合物，首先将碳纤维织物于高锰酸钾溶液中氧化，然后浸于乙二胺溶液中反应，最后浸于丙烯酸溶液中反应，得到酰胺改性碳纤维织物，经过改性制备的碳纤维织物用于后续工序制备得到碳碳坩埚，由酰胺改性碳纤维织物作为原料制备得到的碳碳坩埚的热膨胀系数降低，表明酰胺改性碳纤维织物上的酰胺基团在浸入含有液态酚醛树脂的胶液中及后续处理下，具有好的降低碳碳坩埚的热膨胀系数的效果；本发明还通过将PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成一种环氧改性剂，然后在制备碳碳坩埚的混合胶液中加入环氧改性剂，然后将未改性的碳纤维织物或酰胺改性碳纤维织物浸于其中，再经后续处理制备得到的碳碳坩埚的热膨胀系数降低，进一步地，本发明在混合胶液中加入了异丙基缩水甘油醚，在未对碳纤维织物进行改性或未使用环氧改性剂的条件下，仅加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的热膨胀系数的降低效果较弱，而在对碳纤维织物进行改性或使用环氧改性剂的条件下，同时加入异丙基缩水甘油醚对得到的碳碳坩埚的热膨胀系数的降低效果较好，并且改性后的碳纤维织物与异丙基缩水甘油醚的共同使用优于环氧改性剂和异丙基缩水甘油醚的共同使用。
本发明中按现有技术制备得到的石墨坩埚的压缩强度为70-110MPa，抗弯强度为40-60MPa，在1500℃的热膨胀系数在4-5×10-6K。本发明各实施例制备得到的整体式碳碳坩埚的压缩强度为150MPa以上，抗弯强度为150 MPa以上，在1500℃的热膨胀系数在1.0×10- 6K以下。在图3-5中，对照组即石墨坩埚的压缩强度取值110MPa，抗弯强度取值40-60MPa，在1500℃的热膨胀系数取值4×10-6K。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种整体式碳碳坩埚，包括：以酰胺改性碳纤维织物为主要材料制成的碳碳坩埚；所述碳碳坩埚中包括辅材，辅材包括液态酚醛树脂和环氧改性剂；所述酰胺改性碳纤维织物上含有乙二胺与丙烯酸的酰胺类化合物；环氧改性剂由PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成，PEG的使用量为顺丁烯二酸酐的80-120wt%，环氧树脂的使用量为顺丁烯二酸酐的80-120wt%；所述辅材中还含有异丙基缩水甘油醚。
2.根据权利要求1所述的一种整体式碳碳坩埚，其特征是：所述碳纤维织物为T700级PAN碳纤维织物。
3.根据权利要求1所述的一种整体式碳碳坩埚，其特征是：所述整体式坩埚的制造工艺为模压工艺，采用模具为双面模压模具。
4.一种权利要求1所述的整体式碳碳坩埚的制备方法，包括：
将裁切好的酰胺改性碳纤维织物置于混合胶液中浸润处理，浸润后固化处理、石墨化处理得到石墨化料片，石墨化料片加工成坩埚形状，浸于液态酚醛树脂中处理及取出石墨化，得到整体式碳碳坩埚；
酰胺改性碳纤维织物上含有乙二胺与丙烯酸的酰胺类化合物；混合胶液中含有液态酚醛树脂和环氧改性剂，环氧改性剂由PEG、顺丁烯二酸酐和环氧树脂制成；混合胶液中还含有异丙基缩水甘油醚。
5.根据权利要求4所述的一种整体式碳碳坩埚的制备方法，其特征是：所述液态酚醛树脂室温粘度≤500mpas。
6.根据权利要求4所述的一种整体式碳碳坩埚的制备方法，其特征是：所述浸润处理中，混合胶液的负载量为固体材料的40-60wt%，固体材料为酰胺改性碳纤维织物。
7.根据权利要求4所述的一种整体式碳碳坩埚的制备方法，其特征是：所述整体式坩埚的固化方式为烘箱固化，固化温度为100-300℃。
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