[实用新型]一种炭/炭复合材料坩埚

说明书

技术领域

    本实用新型涉及高温炉用工装，具体为一种在单晶硅炉中使用的可由坯件组合成型的炭/炭复合材料坩埚。

背景技术

单晶硅炉中，以石英坩埚来盛装多晶硅块，多晶硅块熔融后，经过籽晶来拉制单晶。在单晶硅棒拉制的过程中，炉内温度为1200~1700℃。在此温度下，石英会发生软化，必须有外在可保持不变形的坩埚来支撑。目前，这种支撑坩埚还是大量采用石墨制品。但是，石墨坩埚的力学性能较差，要在高温环境中承受石英坩埚和其中的原材料重量，同时还处于旋转状态，这样就导致石墨坩埚发生破裂的概率比较高。在这种状况下，石墨坩埚的寿命比较短，有的只有几天，长的也不过一个多月。寿命的因素使得石墨坩埚的消耗速度比较快，而石墨坩埚在加工生产时要消耗的耗材也比较多，这也导致石墨坩埚的供应很紧张。

用炭/炭复合材料坩埚取代石墨坩埚，因为在力学性能方面有很大的改进，将使得坩埚的使用寿命大幅度提高，也使得工艺操作相对简单。已经有一些专利提出了制备炭/炭复合材料坩埚用于单晶硅炉中。值得注意的是，这些专利中提到的炭/炭复合坩埚的制坯过程中，一般采用在预先制作模具上交替包覆碳纤维网和炭布的方式进行，在锅底部分不够平整。而锅底,尤其是带弧度的部分对石英坩埚的支撑很重要。因此，有必要对此进行针对性的设计和精心制作。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种炭/炭复合材料坩埚，以解决上述背景技术中的缺点。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种炭/炭复合材料坩埚，包括坯件以及由此坯件制成的炭/炭复合材料坩埚，其中，所述坯件为一块用短碳纤维网和细编碳纤维织物经交替叠层，并经针刺制成上部为矩形结构，下部经过裁剪，形成锯齿结构，其中锯齿结构为多齿结构，优选为六齿；所述炭/炭复合材料坩埚则由此坯件在矩形处首尾拼接，同时在锯齿部相邻齿边拼接，使得坯件的锯齿结构部分对应到锅底，矩形部分对应到坩埚埚身，然后通过针刺整体连接成型，同时，设置有细编碳纤维织物在坩埚底部拼接部位过渡，并进行准确造型，用以实现圆弧形底部的无缝平整搭接。

在本实用新型中，所述坯件中，应将短炭纤维网与细编织物的比例控制在1.5：8.5~3.5：6.5。

在本实用新型中，所述坯件中，若矩形长边的边长为D，则锯齿结构其锯齿高度为                                                。

在本实用新型中，所述坯件需要在化学气相沉积炉进行950℃~1300℃的增密操作100-200小时，同时，还须将炉内气压控制在1-20kPa。

在本实用新型中，为修复加工过程炭/炭复合材料坩埚在连接处以及边角位置形成的瑕疵和缺陷，在机加工后，需要经过一次短时间的化学气相表面渗透处理，以对坩埚表面涂覆一层碳或碳化硅涂层。

在本实用新型中，所述炭/炭复合材料坩埚，在使用前需要进行一次纯化处理，处理温度为2300℃~2800℃，处理时间为2~12小时。

    有益效果：本实用新型得到的坩埚锅底结构合理，表面平滑，材质为高强度碳纤维和热解碳基质，强度和纯度高，适合于在单晶硅炉中使用。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的坯件示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的炭/炭复合材料坩埚的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示以及一个实施例，进一步阐述本实用新型。

1．制坯：参见图1的本实用新型较佳实施例的坯件示意图，预先设计好模具。先用短碳纤维网和细编碳纤维织物经针刺交替叠层，并经针刺制成对应坩埚形状的整体毡。在制毡时，控制好短炭纤维与细编织物的比例在2：8，细编碳纤维织物须经过裁剪，在上部保证在矩形形状1，在底部形成锯齿形状2；在坩埚模具底部，进行准确造型，如图2所示，锯齿部分对应到坩埚锅底4，矩形形状1对应到坩埚埚身3，坩埚锅底4的底部采用无缝平整搭接的圆弧形底部，然后与短炭纤维网采用针刺的交替叠层，然后再针刺而成坩埚坯件。

2．化学气相致密化处理：上述坯件进入化学气相沉积炉中，在1100℃保温150小时，通入天然气，控制炉内气压在12kPa。

3．机加工：上述处理过的坯件经过机加工，加工成要求的坩埚形状。

4．表面沉积：在上述坩埚表面再进行一次气相沉积，在1000℃保10小时。通入天然气，控制炉内气压在12kPa，在坩埚表面涂覆一层炭。