[发明专利]一种多晶硅氢化炉用炭/炭复合材料发热体

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼装备，具体是一种多晶硅氢化炉用炭/炭复合材料发热体。

背景技术

在多晶硅生产过程中会产生剧毒的四氯化硅尾气，为了处理这些尾气可以将它们通入到氢化炉中，使四氯化硅与氢气发生氢化反应，再将生成的三氯氢硅返回到还原炉中作为原料使用。氢化炉采用石墨或者由长纤维编制而成的炭布增强炭复合材料作为发热体。由于石墨发热体比较脆、且强度低，因此它的使用寿命很短。目前普遍选用“由长纤维编织而成的炭布和薄毡复合针刺的预制体”作为增强材料，用这种方法制备炭布增强炭复合材料发热体时的制造成本高，提高了氢化炉的使用成本。

发明内容

本发明提供一种多晶硅氢化炉用炭/炭复合材料发热体，要解决现有的氢化炉使用成本高的问题。

本发明的这种多晶硅氢化炉用炭/炭复合材料发热体选用短切纤维制备的纤维毡作为炭/炭复合材料发热体中的增强材料，然后以这种预制体为增强材料通过下述步骤制备：

1、采用短切纤维：选用短切聚丙烯腈纤维、短切碳纤维或者短切石墨纤维制备的腈纶毡、炭毡或者石墨毡作为炭/炭复合材料发热体中的增强材料，短切纤维的长度不超过200毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出纤维毡预制体；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理后即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.5g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理。

本发明提供的这种多晶硅氢化炉用炭/炭复合材料发热体由于采用了短切纤维毡增强炭/炭复合材料并通过一定的工艺制备，具有很高的抗折强度，因此极大地延长发热体的使用寿命，同时可以减少发热体的制造成本，从而明显降低了氢化炉的使用成本。

具体实施方式

实施例一：

1、采用短切纤维：选用聚丙烯腈纤维，短切纤维的长度是40毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出纤维毡预制体，密度是0.18g/cm³；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理，预氧化最高温度320℃，预氧化时间12小时，炭化最高温度1000℃，即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理，最高温度1000℃，沉积时间300小时；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.5g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理，最高温度1600℃。

通过上述工艺得到的单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体的密度是1.52g/cm³，抗折强度为145Mpa。

实施例二：

1、采用短切纤维：选用炭纤维，短切纤维的长度是50毫米；

2、制备预制体：利用步骤1得到的原料通过针刺工艺制备出纤维毡预制体，密度是0.16g/cm³；

3、预氧化和炭化处理：将步骤2得到的预制体先后置于预氧化炉和炭化炉中进行处理，预氧化最高温度320℃，预氧化时间20小时，炭化最高温度900℃，即得纤维毡增强材料；

4、沉积处理：把步骤3得到的纤维毡增强材料套在石墨模具上面，置于沉积炉中进行沉积处理，最高温度1000℃，沉积时间400小时；

5、浸渍处理：把步骤4得到的半成品置于高压浸渍罐中浸渍沥青或者树脂，然后进行碳化处理，并反复进行浸渍和碳化处理直到产品的密度达到1.5g/cm³以上；

6、机加工和高温处理：将步骤5得到的发热体经过机加工后置于高温炉中进行高温处理，最高温度1500℃。

通过上述工艺得到的单晶硅炉用炭/炭复合材料发热体的密度是1.54g/cm³，抗折强度为165Mpa。