專利名稱：一種單晶爐導流筒的制作方法
技術領域：
一種單晶爐導流筒的制作方法
背景技術：
單晶爐在拉制單晶硅棒時，盛裝多晶硅塊的石英坩鍋放入位于堝托之上的石墨坩堝托內，在氫或氮氣保護氣體中靠石墨加熱器加熱，將多晶硅材料熔化，當溫度達到工藝要求時，引晶經導流筒插入熔融多晶硅液體中，使多晶硅按引晶的硅原子排列順序結晶，凝固成單晶硅。目前單晶爐導流筒普遍采用高純石墨和C/C復合材料制備而成，主要起高溫氣體的導流作用。即要求其良好的耐熱性能、力學性能和抗氧化性能，又要具有一定的保溫隔熱性能和抗裂性能，以保持導流筒內單晶硅棒區與熔融的多晶硅的溫差。由于石墨制品保溫隔熱性能差、抗震性能差、使用壽命短。此外，大尺寸導流筒成型困難、耗材較多、成本高、生產周期長。炭/炭復合材料導流筒是以網胎與網胎、或炭布在模具上針刺成型，這種成型方式存在縫口或接頭，使用過程中，容易出現裂縫。裂縫會隨著使用爐數增加逐漸增大，使用壽命一般在30爐次左右，壽命比較短。此外，單晶爐出爐溫度是300°C，爐內實際溫度仍在300°C以上，使得導流筒容易出現加大熱脹冷縮，更容易出現裂縫；同時會發生氧化現象。

發明內容
針對上述現有技術成本太高、生產周期長，使用壽命短的不足，本發明的目的在于提供一種單晶爐導流筒制作方法。該方法以碳纖維短絲為基體材料制作的導流筒，其強度、抗裂、抗震、隔熱和抗氧化性能優異，使用壽命得以延長；而且導熱系數和密度均較低，安裝和更換方便。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是
一種單晶爐導流筒的制作方法，其步驟是
a.在模具表面涂刷脫模劑，脫模劑厚度為0.2^0. 5mm ；
b.將碳纖維短絲填入模具中，充滿模腔；然后由澆鑄口灌入粘接劑，待模具下端流口有粘接劑流出時開始施加50(Tl000Mpa壓力；
c.固化處理，將加壓后的模具轉入烘箱內固化處理，快速升溫至180°C，保溫IOh后取出，自然降溫至5(T60°C開始脫模，取出導流筒毛胚；
d.一次刷膠，在毛胚表面再均勻滾刷2-5kg粘接劑后，入烘箱固化處理，固化溫區同
c ；
e.一次碳化，將毛胚置于氮氣氣氛下碳化處理，升溫速率為3(T60°C /h，最高溫度為600°C，然后停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐；
f.機加工，按照導流筒技術要求加工成型；
g.二次刷膠-固化處理，工藝同c、d，膠量控制在2kg以內；h.二次碳化，碳化處理溫度為800°C，碳化前須先低溫200°C預熱，以防止由于快速升溫引起導流筒熱脹冷縮產生裂縫，然后再以50°C/h逐漸升溫至800°C，停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐，整個過程均在氮氣氣氛下進行；
i.一次涂層處理，先將成型導流筒毛胚表面用200目砂紙打磨光滑、平整，然后進行涂層處理；涂層材料為800目石墨粉，400目碳纖維，環氧樹脂，固化劑，甲醇；將涂層材料依序按照10:10:50:3:27的比例攪拌均勻，涂層要求均勻，厚度控制在0. 5mm以內，經固化(c)處理后進行下一道工序；
j.三次碳化，處理溫度為80(Tl000°C，碳化工藝與二次碳化工藝相同；k.氣相沉積處理，采用氬氣保護，在化學氣相沉積爐內處理60h，對材料表面微小孔隙進行填充；
I. 二次涂層，在原有涂層材料中加入800目SiC粉，按照3%的比例加入并攪拌均勻，涂層厚度不能超過0. 2mm ； m.高溫處理，在真空爐中高溫處理，真空度為20Pa，以100°C /h的速率升至1600°C，再以50°C /h的速率升至2200°C，降溫階段，當溫度降至1000°C以下，導入氮氣，降溫至70°C
可出爐。上述的粘接劑至少為樹脂、稀釋劑和固化劑中的一種，樹脂為100份，稀釋劑50-400份，固化劑為2-15份。上述樹脂為酚醛樹脂或是呋喃樹脂，稀釋劑為工業乙醇、甲醇和丙酮，固化劑為苯磺酰氯、甲苯磺酰氯、六亞甲基四胺、對甲苯磺酸、硫酸乙酯和石油磺酸。本發明與現有技術相比具有以下優點
I.廢物利用，利用價格低廉的碳纖維材料邊角料，經短切、研磨制成f8mm短切炭纖維為基礎材料。成本低廉、工藝簡單、環保以及保溫性能優良。2.采用工藝簡單且生產周期短的模壓成型方式制成導流筒胚體，由于是整體式成型，使用過程中不會出現裂縫或裂紋現象。3.這種導流筒繼承碳纖維優異的化學物理性能，具有良好的抗拉強度、抗壓強度和沖擊韌性。抗拉強度為86Mpa，抗壓強度為103Mpa ;沖擊韌性為
4.導流筒表面經過抗氧化涂層和CVD處理，表面致密度很高，具有良好的抗氧化性能，循環使用次數達60爐次以上。5.這種導流筒熱導系數低，有效降低爐內熱損失；而且密度小，方便安裝和移動。


圖I為碳纖維導流筒實物圖片。
具體實施例方式實施例I
一種單晶爐導流筒的制作方法，其特征在于包括以下步驟
I)在模具表面涂刷脫模劑，脫模劑為二硫化鑰和潤滑油脂中的一種或兩種的組合。脫模劑厚度為0. 2 lmm。2)將15kg、長度為f8mm碳纖維短絲填入模具中，填入時適當搗實；然后按粘接劑為100份酚醛樹脂，250份乙醇，10份苯磺酰氯比例混合均勻，由澆鑄口灌入混合均勻的粘接劑，待模具下端流口有粘接劑流出時開始加壓，壓力為50(Tl000Mpa。3)固化處理，將加壓后的模具轉入烘箱內進行固化處理，快速升溫至180°C，保溫IOh后取出，自然降溫至5(T60°C開始脫模，取出導流筒毛胚。5) 一次刷膠處理，在毛胚表面再滾刷2_5kg粘接劑后，入烘箱固化處理，固化溫區同上。6) 一次碳化，將毛胚置于氮氣氣氛下碳化處理，升溫速率為3(T60°C /h,碳化最高溫度為600°C，然后停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐。7)機加工，按照導流筒技術要求加工成型。8) 二次刷膠-固化處理，工藝同上，膠量控制在2kg以內。
9) 二次碳化，碳化處理溫度為800°C，碳化前須先低溫200°C預熱，后再以50°C /h逐漸升溫至800°C，然后停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐，整個過程均在氮氣氣氛下進行。10) 一次涂層處理，先將成型毛胚表面用200目砂紙打磨光滑、平整，然后刷上涂層，涂層厚度控制在0. 5mm以內，經固化處理后進行下一道工序。11)三次碳化，處理溫度為80(Tl000°C，碳化工藝與二次碳化工藝相同。12) 二次涂層,在原有涂料中適當加SiC、娃粉,涂層厚度不能超過0. 2mm。13)高溫處理，在真空爐中高溫處理，真空度為lOOPa，以100°C /h的速率升至1600°C，再以50°C /h的速率升至2200°C，降溫階段，當溫度降至1000°C以下，導入氮氣，降溫至70°C可出爐。14)氣相沉積處理,米用気氣保護,處理60h。最終產品如圖I所不。為了驗證本發明的效果，與普通CFC復合材料導流筒進行比照
表I炭纖維復合材料導流筒與普通CFC復合材料導流筒比照表
~ 普通CFC復合材料導流筒j炭纖維復合材料導流筒~
■ __I_
\ 藝^
項稱 _ __
使用壽命_30爐次_50爐次_
密度_I. 5g/cm3_0. 5g/cm3_
導熱率20~~40(w/mk)0. 5~~0. 7 (w/mk)
成本以上I萬元以下
節能(等徑功率) 50kw~~55kw45kw~~48kw
從表I可以看出本發明是使用壽命、成本、節能(等徑功率)，還是密度、導熱率都要優于
普通CFC復合材料導流筒。實現廢物回收二次利用；制備工藝簡單、設備成本低廉的目的。
權利要求
1. 一種單晶爐導流筒的制作方法，其步驟是 a.在模具表面涂刷脫模劑，脫模劑厚度為O.2^1mm ； b.將f8mm碳纖維短絲填入模具中，填入時適當搗實；然后由澆鑄ロ灌入粘接劑，待模具下端流ロ有粘接劑流出時開始施加50(Tl000Mpa壓力，模壓成型； c.固化處理，將加壓后的模具轉入烘箱內固化處理，快速升溫至180°C，保溫IOh后取出，自然降溫至5(T60°C開始脫模，取出導流筒毛胚； d.一次刷膠，在毛胚表面再滾刷2-5kg粘接劑后，入烘箱固化處理，固化溫區同c ； e.一次碳化，將毛胚置于氮氣氣氛下碳化處理，升溫速率為3(T60°C /h，最高溫度為600°C，然后停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐； f.機加工，按照導流筒圖紙要求尺寸加工成型； g.二次刷膠-固化處理，エ藝同c、d，膠量控制在2kg以內； h.二次碳化，碳化處理溫度為800°C，碳化前須先低溫200°C預熱，后再以50°C /h逐漸升溫至800°C，然后停止加熱，隨爐降溫至70°C以下出爐，整個過程均在氮氣氣氛下進行； i.一次涂層處理，先將成型毛胚表面用200目砂紙打磨光滑、平整，然后刷上涂層，涂層厚度控制在O. 5mm以內，經固化處理后進行下一道エ序； j.三次碳化，處理溫度為80(Tl00(TC，碳化工藝與二次碳化工藝相同； k.氣相沉積處理，采用氬氣保護，處理60h ； 1.二次涂層，在原有涂料中加入適當SiC,涂層厚度不能超過O. 2mm ； m.高溫處理，在真空爐中高溫處理，真空度為lOOPa，以100°C /h的速率升至1600°C，再以50°C /h的速率升至2200°C，降溫階段，當溫度降至1000°C以下，導入氮氣，降溫至70°C可出爐； η.氣相沉積處理，采用氬氣保護，處理60h。
2.根據權利要求I所述ー種單晶爐導流筒的制作方法，其特征在于上述的粘接劑至少為樹脂、稀釋劑和固化劑中的ー種，重量比為樹脂100份，稀釋劑50-400份，固化劑為2-15份。
3.根據權利要求2所述ー種單晶爐導流筒的制作方法，其特征在于樹脂為酚醛樹脂或是呋喃樹脂，稀釋劑為エ業こ醇、甲醇和丙酮，固化劑為苯磺酰氯、甲苯磺酰氯、六亞甲基四胺、對甲苯磺酸、硫酸こ酯和石油磺酸。
全文摘要
本發明提供了一種單晶爐導流筒的制作方法，其特征是將碳纖維短纖、炭纖維粉末和粘接樹脂、固化劑按照一定的比例，注入導流筒胚體模具內加壓、模壓成型，再經固化、炭化、高溫處理和機加工處理，然后對胚體進行一層涂層和CVD氣相沉積處理，以增加導流筒自身強度、耐磨性能以及抗氧化性能，提高導流筒使用壽命。本發明制作導流筒的原料為碳纖維材料的邊角料經短切、研磨而成，屬于廢物回收二次利用；其制備工藝簡單、設備成本低廉，克服了傳統的石墨導流筒以及C/C復合導流筒所需復雜設備的缺點。同時，較之石墨導流筒、C/C復合材料導流筒而言，導熱系數低，熱損失少，密度較低，容易安裝和更換。
文檔編號B28B1/52GK102672799SQ20121014795
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者薛向軍, 郝學興, 郝相忠, 陳超 申請人:甘肅郝氏炭纖維有限公司