專利名稱：多晶硅鑄錠爐熱場s形加熱器碳纖維預制體的制備方法
技術領域：
本發明屬于熱場碳碳復合材料技術領域，具體涉及多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體制備技術。
背景技術：
CN201495105U加熱室是多晶硅鑄錠爐的心臟，其內裝石墨加熱器、隔熱層、坩堝和硅料等。多晶硅的生長工藝過程必須通過加熱室的調整來實現，因此，多晶硅鑄錠爐加熱室的結構設計顯得至關重要。傳統的多晶硅鑄錠爐的工作原理多晶硅鑄錠爐在預熱之前，爐體內預抽真空。可升降保溫層與固定的底部隔熱層留有搭接間隙。當硅料完全熔化開始結晶時，充入氬氣，隔熱框架升降裝置將保溫層及加熱器緩 慢向上提升，坩堝底部通過保溫層與隔熱層之間的距離散熱，吸熱氬氣與水冷爐壁進行熱量置換后產生降溫，形成溫度梯度，晶體從坩堝底部逐漸向上定向生長，液相溫度梯度接近常數。真空機組和充氣質量流量控制器相互匹配，使爐體內壓力保持恒定設定值。CN1887804A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，最先被人們采用為晶硅爐熱場裝置部件材料，一般使用高純石墨，要求三高，即高純度、高強度、高密度，密度>1. 8g/cm3，要求的純度極高，且不允許含有金屬雜質，高溫下不揮發游離的離子、原子雜質、即灰分度< 50PPM。CN1887804A采用針刺碳布與無纟韋布相結合制成全碳纖維三向結構加熱器預制體，加熱器預制體的體積密度為0. 25-0. 65g/cm3，采用針刺技術在加熱器預制體垂直方向引入增強纖維。高純石墨價格昂貴，且依賴進口，對于異形構件加工難度大，材料浪費嚴重，組裝部件整體一致性差，電阻率不穩定，發熱效果差，耐高溫熱震性差，更換頻繁，純度也較低。
發明內容
為了克服以上問題，本發明提供一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法，該方法制備出的預制體層間密度均勻，孔隙分布均勻，容易氣相沉積滲透，不易分層。用其制備的碳/碳復合材料加熱器強度高、質量輕、抗熱振性好、電阻率穩定，發熱功效好，使用壽命長。為解決以上技術問題，本發明提供如下技術方案一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法，所述預制體為鑄錠爐用C/C復合加熱器預制體，所述預制體的制備方法實施步驟如下采用碳布鋪層，設計連續長纖維在S線性趨向逐層加強，在碳布層上層鋪設一層薄網胎后針刺，并根據產品要求體積密度控制針刺密度及層間密度，針刺密度為15-45針/厘米2，層間密度為1-20層/IOmm ;設計纖維分布，逐層疊加，逐層針刺到產品設計尺寸，最終將預制件邊緣加工到產品所需尺寸。進一步地，所述長纖維占有率為0%_95%。進一步地，所述碳布為碳纖維織造成的平紋布或斜紋布或緞紋布或無緯單向布，面密度為100-400g/m2，碳布碳纖維為> 6K。進一步地，所述網胎為由纖維長度為30-100mm的短切聚丙烯腈基碳纖維，經化學或物理的成網工藝制成面密度為20-400g/m2的可針刺無紡織物，網胎碳纖維為> 6K。進一步地，所述預制體體積密度為0. 20 0. 65g/cm3，T型剝離強度為0. 1-1. 2KN/m0作為制造多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器的高性能增強材料，可設計性較強，一次性整體成型，且在S線性趨向均布有連續長纖維，有助于提高加熱器穩定強度，且采用碳纖維材料制得的碳碳復合加熱器電阻率低，性能穩定，有效避免高溫下與爐內環境發生反應，有效提高了加熱器的使用壽命，減少了其更換頻率。原材料利用率高，且滿足各種大尺寸加熱器件增強材料的制作需求，滿足半導體行業的發展高需求。
具體實施例方式實施例1
采用面密度為260g/m2的無緯布及面密度為50g/m2的網胎鋪層后針刺，針刺密度為35針/cm2，逐層疊加，逐層針刺，制得厚度為16mm的碳纖維熱場預制件，其層間密度為15層/10mm，體積密度為0. 48g/cm3, T型剝離強度為0. 355KN/m。實施例2
采用面密度為360g/m2的平紋碳布及面密度為90g/m2的網胎鋪層后針刺，針刺密度為40針/cm2，逐層疊加，逐層針刺，制得厚度為16. 5mm的碳纖維熱場預制件，其層間密度為9層/10_，體積密度為0. 56g/cm3, T型剝離強度為0. 323KN/m。本發明所述的具體實施方式
并不構成對本申請范圍的限制，凡是在本發明構思的精神和原則之內，本領域的專業人員能夠作出的任何修改、等同替換和改進等均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法，所述預制體為鑄錠爐用C/C復合加熱器預制體，其特征在于，所述預制體的制備方法實施步驟如下采用碳布鋪層，設計連續長纖維在S線性趨向逐層加強，在碳布層上層鋪設一層薄網胎后針刺，并根據產品要求體積密度控制針刺密度及層間密度，針刺密度為15-45針/cm2，層間密度為1-20 層/IOmm ;設計纖維分布，逐層疊加，逐層針刺到產品設計尺寸，最終將預制件邊緣加工到產品所需尺寸。
2.根據權利要求1所述的多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法，其特征在于，所述長纖維占有率為0-95%。
3.根據權利要求1所述一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法， 其特征在于，所述碳布為碳纖維織造成的平紋布或斜紋布或緞紋布或無緯單向布，面密度為100-400g/m2,碳布碳纖維為> 6K。
4.根據權利要求1所述一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法， 其特征在于，所述網胎為由纖維長度為30-100_的短切聚丙烯腈基碳纖維，無紡非織造的成網工藝制成面密度為20-400g/m2的可針刺無紡織物，網胎碳纖維為> 6K。
5.根據權利要求1所述一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法， 其特征在于，所述預制體體積密度為O. 20 O. 65g/cm3, T型剝離強度為O. 1-1. 2KN/m。
全文摘要
本發明提供一種多晶硅鑄錠爐熱場S形加熱器碳纖維預制體的制備方法，預制體的制備方法實施步驟如下采用碳布鋪層，設計連續長纖維在S線性趨向逐層加強，在碳布層上層鋪設一層薄網胎后針刺，并根據產品要求體積密度控制針刺密度及層間密度，針刺密度為15-45針/cm2，層間密度為9-20層/10mm；設計纖維分布，逐層疊加，逐層針刺到產品設計尺寸，最終將預制件邊緣加工到產品所需尺寸。該制備方法使預制體一次性整體成型，且在S線性趨向均布有連續長纖維，有助于提高加熱器穩定強度，且采用碳纖維材料制得的碳碳復合加熱器電阻率低，性能穩定，有效避免了高溫下與爐內環境發生反應。
文檔編號C04B35/83GK102992800SQ20121029403
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者繆云良 申請人:江蘇天鳥高新技術股份有限公司