一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板及其制造方法，所述碳纖維保溫底板包括密度為0.1～0.4g/cm3的碳纖維保溫板、石墨紙，石墨紙由專用有機高溫粘合劑粘貼在碳纖維板表層；其制造方法分制作碳纖維板、機械加工、制備專用有機高溫粘合劑和粘貼石墨紙等步驟。與現有技術相比，本發明的有益效果是：用此種方法制造的碳纖維保溫底板能夠有效防止爐內氣體滲透，保溫效果好，同時此種碳纖維保溫底板具有抗氣流沖刷和一定的抗氧化性，與爐內氣體反應的損耗小，在高溫環境下的使用壽命長。
【專利說明】一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板及其制造方法。
【背景技術】
[0002]太陽能光伏發電是可持續清潔能源之一，近幾年來在各國都得到了快速發展，目前太陽能光伏發電中應用最為廣泛的是硅晶體太陽能電池，主要分為單晶硅片和多晶硅片兩類，其中多晶硅片以高產能、低能耗、低成本占據太陽能電池的重要地位。
[0003]多晶硅鑄錠是生產多晶硅片的重要環節，鑄錠過程是將硅料放置在坩堝內，通過高溫使硅料熔化，再通過定向凝固獲得晶體排列比較整齊的多晶硅錠。要求保溫材料具備保溫效果好、節省能源、耐高溫、經久耐用無污染的特點。
[0004]碳纖維保溫材料在惰性氣體或真空中，由于其極高的耐熱性和極低的蒸汽壓，甚至在3000°C左右的超高溫下都能使用。但是，在實際使用環境中，由于爐內的氧化性氣體或氣化的金屬雜質反應而消耗、粉化、脆化而變性。例如，在多晶硅鑄錠爐中，碳纖維保溫材料與鑄錠爐內產生的SiO、金屬等雜質氣體反應，碳纖維保溫材料表面不斷消耗、粉化、脆化，更為嚴重的是雜質氣體滲透到保溫材料內部與其反應而變性，使得碳纖維保溫材料失去保溫性能，壽命大大降低，并且保溫材料粉化后產生的粉塵飛散到爐內，污染產品工件，造成產品雜質含量增加，嚴重影響產品質量。
[0005]為了解決上述問題，目前慣用的作法是在保溫材料表面粘貼石墨紙，防止表面消耗，這就需要粘貼性好，耐高溫且耐久性好的粘結劑。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板及其制造方法，用此種方法制造的碳纖維保溫底板能夠有效防止爐內氣體滲透，保溫效果好，同時此種碳纖維保溫底板具有抗氣流沖刷和一定的抗氧化性，與爐內氣體反應的損耗小，在高溫環境下的使用壽命長。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現: [0008]一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板，包括剛性碳纖維保溫板、石墨紙，所述石墨紙由粘結劑粘貼在碳纖維板表層，所述剛性碳纖維保溫板的密度為0.1~0.4g/cm3，所述剛性碳纖維保溫板通過機械加工具有0.0008~0.007的坡度；所述石墨紙厚度為0.1~5mm，較優地石墨紙厚度為0.2~1.5mm,更優地石墨紙厚度為0.2~1.0mm。
[0009]所述多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板的制造方法，包括以下步驟:
[0010]I)制作剛性碳纖維保溫板
[0011]將碳纖維磨碎，得到平均長度為0.2~30mm的磨碎或短切碳纖維，然后與粘結劑、分散劑按一定比例充分混合均勻，將混合物進行澆注、模壓成型，以5~65°C /h的加熱速率加熱到180~350°C進行不熔化處理，再在真空或惰性氣氛下經1000~1800°C碳化處理，制成所需形狀和厚度的剛性碳纖維保溫板；所述磨碎或短切碳纖維的重量份比例為20~80份，粘結劑重量份比例為80~20份，粘結劑與分散劑的重量比例為1: (0.4~I);
[0012]2)機械加工
[0013]對剛性碳纖維保溫板進行機械加工，以剛性碳纖維保溫板中心為基點，向四面加工出一定坡度，坡度為0.0008~0.007，使碳纖維保溫板呈中間高四周低的結構；
[0014]3)制備專用有機高溫粘結劑 [0015]所述的粘結劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉、硅粉按比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40-100份、分散劑40-160份、短切或磨碎碳纖維5-20份、石墨粉25-50份、碳化硅粉10-30份、硅粉5_20份；
[0016]4)粘貼石墨紙
[0017]將專用有機高溫粘結劑均勻地涂刷在碳纖維保溫板表面和同尺寸的石墨紙上，然后將石墨紙粘貼到碳纖維板上，在150~350°C溫度下進行固化處理，然后在10000C -1800°C的惰性氣體或真空氣氛下碳化處理，制造出所需碳纖維保溫底板；
[0018]5)加工成品
[0019]將碳纖維保溫底板按需要加工出底部測溫孔、石墨支承柱孔和溢流孔；
[0020]所述的步驟I)中，所述粘結劑是浙青纖維或粉狀浙青、焦油、熱固性樹脂酚醛樹月旨、脲醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、乙烯基酯樹脂、熱縮性樹脂聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚酰胺、聚苯乙烯或丙烯酸樹脂中的一種、兩種或兩種以上組合；所述制作碳纖維保溫板時使用的分散劑為甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、二丙酮醇、環己酮、甲乙酮、醋酸乙酯或醋酸丁酯有機稀釋劑中的一種、兩種或兩種以上組合；
[0021]所述的步驟3)中，所述的可碳化材料為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、脲醛樹月旨、乙烯基酯樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油的一種、兩種或兩種以上組合；所述的分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合；所述的短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維的一種、兩種或兩種以上組合；所述短切或磨碎碳纖維平均長度為10-1200 μ m;所述的石墨粉為天然鱗片石墨；所述的石墨粉粒度為10-600 μ m ;所述的碳化硅粉粒度為200-1000目；所述的硅粉粒度為200-1000目。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0023]I)本發明采用新型碳纖維材料為高密度剛性材料，耐熱穩定性好,機械加工性能好;
[0024]2)本發明采用與所用碳纖維材料配套的專用有機高溫粘結劑，對高密度剛性碳纖維材料有很強的滲透性，具有很高的抗拉粘貼強度和連續強度，耐介質耐熱性能好，化學穩定性好，不會在使用中出現失效甚至石墨紙脫落的現象。
[0025]3)用此種方法制造的碳纖維保溫底板能夠有效防止爐內氣體滲透，保溫效果好，同時此種碳纖維保溫底板具有抗氣流沖刷和一定的抗氧化性，與爐內氣體反應的損耗小，在高溫環境下的使用壽命長。
[0026]4)此種碳纖維保溫底板能夠保證硅液溢流后不被碳纖維保溫底板吸收，能順利從溢流孔滴到爐底的溢流絲上第一時間報警，增加了報警的靈敏性；
[0027]5)碳纖維保溫底板表面粘合石墨紙，可以防止硅液溢流后被吸附到碳纖維保溫底板內部，造成碳纖維保溫底板變性而失去保溫效果。【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板的主視圖。
[0029]圖2是本發明一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板的A向視圖。
[0030]圖3是基于本發明的多晶硅熱場結構示意圖。
[0031]圖中:1.保溫底板101.碳纖維保溫板102.石墨紙2.底部測溫孔3.石墨支承柱孔4.溢流孔5.頂部保溫板6.隔熱籠7.石英坩堝8.坩堝護板9.熱交換塊(DS塊)10.溢流棉
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0033]該產品根據使用需要對剛性碳纖維保溫材料進行機械加工使其具有一定坡度的碳纖維板，坡度在0.0008-0.007，然后使用專用的粘結劑粘貼一定厚度的石墨紙，石墨紙厚度一般在0.l-5mm,較優地石墨紙厚度在0.2-1.5mm,更優地石墨紙厚度在0.2-1.0mm,保證硅液溢流后不被碳纖維保溫底板吸收，能順利從溢流孔滴到爐底的溢流絲上第一時間報警，增加了報警的靈敏性；石墨紙還可以防止硅液溢流后被吸附到碳纖維保溫底板內部，造成碳纖維保溫底板變性而失去保溫效果。
[0034]見圖1-圖2，是本發明一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板的結構示意圖，包括保溫底板1、底部測溫孔2、石墨支承柱孔3和溢流孔4，見圖3，是基于本發明的多晶硅熱場結構示意圖，包括頂部保溫板5、隔熱籠6、石英坩堝7、坩堝護板8、熱交換塊9、溢流棉10，所述保溫底板I由石墨紙102用粘結劑粘貼在碳纖維保溫板101表層構成。本發明一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板，包括密度為0.1~0.4g/cm3的浙青基碳纖維保溫板101、石墨紙102,所述石墨紙102由專用有機聞溫粘結劑粘貼在碳纖維板101表層。
[0035]所述石墨紙102厚度為0.1~5mm,較優地石墨紙102厚度為0.2~1.5mm,更優地石墨紙102厚度為0.2~1.0mm。
[0036]一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維 保溫底板的制造方法，包括以下步驟:
[0037]1)制作剛性碳纖維保溫板101
[0038]將碳纖維磨碎，得到平均長度為0.2~30mm的磨碎或短切碳纖維，然后與粘結劑、分散劑按一定比例充分混合均勻，將混合物進行澆注、模壓成型，以5~65°C /h的加熱速率加熱到180~350°C進行不熔化處理，再在真空或惰性氣氛下經1000~1800°C碳化處理，制成所需形狀和厚度的碳纖維板101 ;所述磨碎或短切碳纖維的重量份比例為20~80，粘結劑重量份比例為80~20，粘結劑與分散劑的重量比為1:(0.4~I)。所述粘結劑是浙青纖維或粉狀浙青、焦油、熱固性樹脂酚醛樹脂、脲醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、乙烯基酯樹脂、熱縮性樹脂聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚酰胺、聚苯乙烯或丙烯酸樹脂中的一種、兩種或兩種以上組合。所述分散劑為甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、二丙酮醇、環己酮、甲乙酮、醋酸乙酯或醋酸丁酯有機稀釋劑中的一種、兩種或兩種以上組合。
[0039]2)機械加工
[0040]對碳纖維保溫板101進行機械加工，以碳纖維保溫板101中心為基點，向四面加工出0.0008-0.007的坡度，即使碳纖維保溫板101呈中間高四周低的結構。[0041]3)制備專用有機高溫粘結劑
[0042]所述的專用有機高溫粘結劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉、硅粉按比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40-100份、分散劑40-160份、短切或磨碎碳纖維5-20份、石墨粉25-50份、碳化硅粉10_30份、硅粉
5-20份。所述的可碳化材料為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、脲醛樹脂、乙烯基酯樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油的一種、兩種或兩種以上組合；所述的分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合；所述的短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維的一種、兩種或兩種以上組合；所述短切或磨碎碳纖維平均長度為10-1200 μ m ;所述的石墨粉為天然鱗片石墨；所述的石墨粉粒度為10-600 μ m ;所述的碳化硅粉粒度為200-1000目；所述的硅粉粒度為200-1000目。
[0043]4)粘貼石墨紙102
[0044]將專用有機高溫粘結劑均勻地涂刷在碳纖維保溫板101表面和同尺寸的石墨紙102上，然后將石墨紙102粘貼到碳纖維保溫板101上，在150~350°C溫度下進行固化處理，然后在1000°c -1800°C的惰性氣體或真空氣氛下碳化處理，制造出所需碳纖維保溫底板I。
[0045]5)加工成品
[0046]將碳纖維保溫底板按需要加工出底部測溫孔2、石墨支承柱孔3和溢流孔4。
[0047]本發明碳纖維保溫底板I還具有安全防護功能，可以保證檢測系統第一時間檢測到硅液溢流并報警，使操作人員能第一時間采取措施，避免更大損失。
[0048]另外，為了防止硅液溢流后造成的嚴重后果，對于裝爐量為800kg及以上硅料的爐子增加溢流棉10厚度，溢流棉10厚度為4層及以上，若出現大量硅液溢流時多層溢流棉10可以完全吸收溢流硅液，防止出現危險，保證安全性，為多晶硅鑄錠爐增加另外一道安全屏障。
[0049]以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。
[0050]【實施例1】應用本發明制作一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板，具體步驟如下；
[0051](I)制作碳纖維保溫板101:將碳纖維磨碎，得到平均長度為IOmm的磨碎或短切碳纖維，然后與焦油、甲醇按30:50:20的比例充分混合均勻，將混合物進行澆注、模壓成型，以35°C /h的加熱速率加熱到220°C進行不熔化處理，再在真空或惰性氣氛下經1200°C碳化處理，制成所需形狀和厚度的碳纖維保溫板101，密度為0.2g/cm3。
[0052](2)機械加工:對上述碳纖維保溫板101進行機械加工，以碳纖維保溫板101中心為基點加工，將碳纖維保溫板101加工出0.004坡度。
[0053](3)制備專用有機高溫粘結劑:粘結劑各組分重量比為酚醛樹脂:乙醇:浙青基碳纖維:石墨粉:碳化硅粉:硅粉=55:45:10:25:10:10，混合均勻制得高溫粘結劑。
[0054](4)粘貼石墨紙102:將專用有機高溫粘結劑均勻地涂或刷在碳纖維保溫板101表面和1.0mm石墨紙102上，然后將石墨紙102粘貼到碳纖維保溫板101上，在20(TC下進行固化處理，然后在1800°C的真空氣氛下碳化處理，制造出具有安全防護功能的碳纖維保溫底板I。
[0055]上述碳纖維保溫底 板在多晶硅鑄錠爐內使用，使用8000h，保溫材料表面仍然較好，表現出較強的抗氣流沖刷性能，沒有出現表面消耗、掉粉、脆化、碳布石墨紙脫落等現象，并且生產的產品質量比較高，未出現工件污染等現象，大大提高了保溫底板的使用壽命O
【權利要求】
1.一種多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板，包括剛性碳纖維保溫板、石墨紙，所述石墨紙由粘結劑粘貼在碳纖維板表層，其特征在于，所述剛性碳纖維保溫板的密度為0.1~0.4g/cm3,所述剛性碳纖維保溫板通過機械加工具有0.0008~0.007的坡度；所述的石墨紙厚度為 0.2 ~1.5mmο
2.權利要求1所述多晶硅鑄錠爐用碳纖維保溫底板的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制作剛性碳纖維保溫板 將碳纖維磨碎，得到平均長度為0.2~30mm的磨碎或短切碳纖維，然后與粘結劑、分散劑按一定比例充分混合均勻，將混合物進行澆注、模壓成型，以5~65°C /h的加熱速率加熱到180~350°C進行不熔化處理，再在真空或惰性氣氛下經1000~1800°C碳化處理，制成所需形狀和厚度的剛性碳纖維保溫板；所述磨碎或短切碳纖維的重量份比例為20~80份，粘結劑重量份比例為80~20份，粘結劑與分散劑的重量比例為1: (0.4~I); 2)機械加工 對剛性碳纖維保溫板進行機械加工，以剛性碳纖維保溫板中心為基點，向四面加工出一定坡度，坡度為0.0008~0.007，使碳纖維保溫板呈中間高四周低的結構； 3)制備專用有機高溫粘結劑 所述的粘結劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉、硅粉按比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40-100份、分散劑40-160份、短切或磨碎碳纖維5-20份、石墨粉25-50份、碳化硅粉10-30份、硅粉5_20份； 4)粘貼石墨紙` 將專用有機高溫粘結劑均勻地涂刷在碳纖維保溫板表面和同尺寸的石墨紙上，然后將石墨紙粘貼到碳纖維板上，在150~350°C溫度下進行固化處理，然后在1000°C -1800°C的惰性氣體或真空氣氛下碳化處理，制造出所需碳纖維保溫底板； 5)加工成品 將碳纖維保溫底板按需要加工出底部測溫孔、石墨支承柱孔和溢流孔； 所述的步驟I)中，所述粘結劑是浙青纖維或粉狀浙青、焦油、熱固性樹脂酚醛樹脂、脲醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、乙烯基酯樹脂、熱縮性樹脂聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚酰胺、聚苯乙烯或丙烯酸樹脂中的一種、兩種或兩種以上組合；所述制作碳纖維保溫板時使用的分散劑為甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、二丙酮醇、環己酮、甲乙酮、醋酸乙酯或醋酸丁酯有機稀釋劑中的一種、兩種或兩種以上組合； 所述的步驟3)中，所述的可碳化材料為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、脲醛樹脂、乙烯基酯樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油的一種、兩種或兩種以上組合；所述的分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合；所述的短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維的一種、兩種或兩種以上組合；所述短切或磨碎碳纖維平均長度為10-1200 μ m;所述的石墨粉為天然鱗片石墨；所述的石墨粉粒度為10-600 μ m;所述的碳化硅粉粒度為200-1000目；所述的硅粉粒度為200-1000目。
【文檔編號】C30B29/06GK103757696SQ201410049673
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】陳惠龍, 鄭淑云, 張作楨, 王紅偉 申請人:鞍山塞諾達碳纖維有限公司