多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法與流程
2023-10-10 03:00:09 2
本發明屬於複合材料預製體製備技術領域，具體涉及一種多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法。
背景技術：
多晶矽氫化爐內的熱場環境溫度高達1200℃，是普通材料無法承受的高溫區域。氫化爐熱場有碳/碳加熱器、碳/碳隔熱罩、碳/碳保溫筒、碳/碳隔熱底板等產品，作為用來為爐內提供穩定熱源的碳/碳加熱器具有至關重要的作用。傳統的多晶矽氫化爐內採用石墨加熱器來給爐體增溫，石墨材料具有純度高、耐高溫、導電導熱性好、化學穩定性好等優點，最先被用到多晶矽爐熱場裝置部件材料一般採用高純石墨，要求高純度、高強度、高密度，密度一般大於1.8g/cm3,純度極高的要求解決了多晶矽爐在加熱期間雜質的影響。
目前，高純石墨價格比較昂貴，主要依賴進口，對於此類加熱器的異形件來說加工難度大，原料浪費嚴重，組裝部件整體一致性差，發熱效率差，電阻率不穩定，耐高溫熱振性差，由於脆性強極其容易斷裂破碎，使得更換頻繁，成本劇增。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法。該方法採用U型網胎/碳布複合料、線型網胎/碳布複合料和碳纖維長絲三種材料間隔鋪層、逐層針刺的工藝方法，能夠解決U型預製體圓弧部門厚度與豎直部分不一致的問題，而圓弧部分網胎/碳布複合料的不連續造成的強力減弱能夠有碳纖維長絲完美的替代。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：一種多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層外鋪設一層U型網胎/碳布複合料，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料外鋪設一層U型碳纖維長絲，然後進行針刺處理，從而在U型墊層外得到一個單元層；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
上述的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法，其特徵在於，步驟一中所述U型碳布/網胎複合料和線型碳布/網胎複合料均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成，所述預刺的針刺密度為2針/cm2；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為平紋、斜紋、緞紋或無緯布，碳布的面密度為200g/m2～480g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為30g/m2～200g/m2。
上述的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法，其特徵在於，所述U型碳纖維長絲為3K、6K、12K、24K或50K碳纖維長絲。
上述的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法，其特徵在於，步驟一中所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度15針/cm2～45針/cm2，層間密度5層/cm～18層/cm。
上述的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法，其特徵在於，步驟二中所述多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的體積密度為0.2g/cm3～0.68g/cm3，剝離強度為0.2kN/m～0.9kN/m。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明採用U型網胎/碳布複合料、線型網胎/碳布複合料和碳纖維長絲三種材料間隔鋪層、逐層針刺的工藝方法，能夠解決U型預製體圓弧部分厚度與豎直部分不一致的問題，而圓弧部分網胎/碳布複合料的不連續造成的強力減弱能夠有碳纖維長絲完美的替代。
2、利用本發明所製備的預製體不易分層、層間密度均勻、強度高、質量輕、抗熱握性能好、電阻率穩定、發熱效率高、可多次反覆使用在熱場環境中。
3、本發明設計性強，整體結構一次成型，且在U型線性趨向上均布有連續碳纖維長絲，有助於提高整個加熱器預製體的結構穩定性，方便拆卸，使用壽命長。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
附圖說明
圖1為本發明多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的結構示意圖。
附圖標記說明:
1—U型墊層； 2—U型網胎/碳布複合料；
3—線型網胎/碳布複合料； 4—U型碳纖維長絲。
具體實施方式
實施例1
結合圖1，本實施例多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層1外鋪設一層U型網胎/碳布複合料2，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料2的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料3，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料3外鋪設一層U型碳纖維長絲4，然後進行針刺處理，從而在U型墊層1外得到一個單元層；
本實施例中，所述U型碳布/網胎複合料2和線型碳布/網胎複合料3均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為平紋，碳布的面密度為360g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為50g/m2；所述預刺的針刺密度為2針/cm2；
本實施例中，所述U型碳纖維長絲4為3K碳纖維長絲；
本實施例中，所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度15針/cm2，層間密度15層/cm；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到體積密度為0.45g/cm3，剝離強度為0.52kN/m的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
實施例2
結合圖1，本實施例多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層1外鋪設一層U型網胎/碳布複合料2，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料2的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料3，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料3外鋪設一層U型碳纖維長絲4，然後進行針刺處理，從而在U型墊層1外得到一個單元層；
本實施例中，所述U型碳布/網胎複合料2和線型碳布/網胎複合料3均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為斜紋，碳布的面密度為480g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為100g/m2；所述預刺的針刺密度為2針/cm2；
本實施例中，所述U型碳纖維長絲4為6K碳纖維長絲；
本實施例中，所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度30針/cm2，層間密度10層/cm；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到體積密度為0.56g/cm3，剝離強度為0.48kN/m的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
實施例3
結合圖1，本實施例多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層1外鋪設一層U型網胎/碳布複合料2，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料2的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料3，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料3外鋪設一層U型碳纖維長絲4，然後進行針刺處理，從而在U型墊層1外得到一個單元層；
本實施例中，所述U型碳布/網胎複合料2和線型碳布/網胎複合料3均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為緞紋，碳布的面密度為200g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為30g/m2；所述預刺的針刺密度為2針/cm2；
本實施例中，所述U型碳纖維長絲4為12K碳纖維長絲；
本實施例中，所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度20針/cm2針/cm2，層間密度18層/cm；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到體積密度為0.62g/cm3，剝離強度為0.74kN/m的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
實施例4
結合圖1，本實施例多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層1外鋪設一層U型網胎/碳布複合料2，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料2的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料3，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料3外鋪設一層U型碳纖維長絲4，然後進行針刺處理，從而在U型墊層1外得到一個單元層；
本實施例中，所述U型碳布/網胎複合料2和線型碳布/網胎複合料3均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為無緯布，碳布的面密度為300g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為150g/m2；所述預刺的針刺密度為2針/cm2；
本實施例中，所述U型碳纖維長絲4為24K碳纖維長絲；
本實施例中，所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度30針/cm2，層間密度9層/cm；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到體積密度為0.55g/cm3，剝離強度為0.84kN/m的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
實施例5
結合圖1，本實施例多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體的製備方法包括以下步驟：
步驟一、在U型墊層1外鋪設一層U型網胎/碳布複合料2，然後進行針刺處理，之後在針刺後的U型網胎/碳布複合料2的左右兩側均鋪設一層線型網胎/碳布複合料3，然後進行針刺處理，接著在針刺後的線型網胎/碳布複合料3外鋪設一層U型碳纖維長絲4，然後進行針刺處理，從而在U型墊層1外得到一個單元層；
本實施例中，所述U型碳布/網胎複合料2和線型碳布/網胎複合料3均由碳布和碳纖維網胎經預刺複合而成；所述碳布採用碳纖維織造技術製成，碳布為平紋，碳布的面密度為480g/m2；所述碳纖維網胎採用碳纖維無紡技術製成，碳纖維網胎的面密度為200g/m2；所述預刺的針刺密度為2針/cm2；
本實施例中，所述U型碳纖維長絲4為12K碳纖維長絲；
本實施例中，所述針刺處理的工藝參數為：針刺密度45針/cm2，層間密度8層/cm；
步驟二、重複步驟一中所述的鋪設和針刺過程，直至在U型墊層外得到多個單元層，最終得到體積密度為0.65g/cm3，剝離強度為0.87kN/m的多晶矽氫化爐用碳纖維U型加熱器預製體。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制。凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。