[发明专利]一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及到一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层及其制备方法。

背景技术

碳碳复合材料是一种碳纤维增强碳基体的复合材料，具有密度低、强度高、导热快、高温强度保留率高、热升华温度高以及可以获得高纯度等优异性能，是一种具有性能可设计和抗热震性的新型高性能复合材料，特别适合在要求减重且物理、化学、力学性能稳定性和可靠性极高的高温及超高温环境中，在高温工业领域得到广泛的认可和应用，特别是硅材料熔炼提纯、铸锭、拉制单晶等领域。目前在光伏多晶硅铸锭行业炉腔保温热场采用的碳碳复合材料承重板及隔离盖板，强度好、耐高温，但是因为其本身为碳、在高温炉腔内与多晶硅熔化后产生的气态硅发生化合反应，形成硬度高且脆度高的碳化硅层，导致碳碳复合材料板崩皮损坏，缩短了使用寿命，而且分离的碳化硅碎屑容易掉入多晶硅熔液中，造成多晶硅锭中杂质的增加，从而影响其品质。

目前常用的对于碳碳复合材料的改进方法为，在碳碳复合材料的表面设置涂层，如陶瓷涂层，防止碳化硅层的形成，但是陶瓷涂层在高温环境下易脱落，此时需要将整个机材换掉才能继续生产，生产成本高。中国专利申请号2013201686423(申请日为2013.04.07)的《一种直接保护碳纤维的抗硅蒸汽侵蚀内涂层》公开了在碳纤维表面覆盖一层化学气相沉积的初级热解碳基底层，在该初级热解碳基底层表面覆盖有一层化学气相沉积的二级富碳化硅保护层，可直接保护碳纤维增强材料免受硅蒸汽侵蚀，但是操作复杂，不能单独对内涂层进行更换，生产成本高。因此，需要设计一种碳碳复合材料的保护层，更换操作简单便捷，有效防止碳化硅层引起的损坏，保证多晶硅成品锭的质量，降低成本。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层及其制备方法。该保护层通过物理方法固定在碳碳复合材料上，更换简单，操作便捷，可有效防止碳化硅层的产生和损坏，保证多晶硅成品锭的质量，降低成本。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层，包含下述质量份数的原料：石墨胶50～70份，天然沥青10～20份，混合乳液20～30份。

所述石墨胶由下述质量份数的原料组成：石墨粉25～50份，丙酮5～30份，热固性树脂10～20份。

所述热固性树脂为聚丙烯酸酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂或者有机硅树脂中一种或几种。

所述混合乳液由下述质量份数的原料组成：乙醇40～60份，液氨5～10份，氢氧化钠7～15份，十二烷基硫酸盐5～10份，质量分数为0.2％～10％的溴盐类离子液体20～35份。

所述溴盐类离子液体为1,4-二(十二烷基咪唑)丁基溴盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴、十二烷基甲基吡咯溴中的一种。

本发明所述的一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨固体置于球磨机中进行机械粉碎，得到粒径大小在3μm～7μm范围的石墨粉；

(2)将石墨粉、丙酮、热固性树脂置于带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，制备得到石墨胶；

(3)将乙醇、液氨、氢氧化钠、十二烷基硫酸盐、溴盐类离子液体混合，并使用磁力搅拌器搅拌均匀，制备得到混合乳液；

(4)将石墨胶、天然沥青、混合乳液置于带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，加热釜体，保持釜体内温度为120℃～220℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间为3～6h；

(5)停止反应后，从釜体内取出产物，利用压片机进行压制成片状，厚度为1.2～1.5mm，在50℃～80℃进行烘干，得到石墨烯纸保护层。

本发明所述的一种光伏铸锭炉用碳碳复合材料的保护层制备完成后，得到的是厚度为1.2～1.5mm的石墨烯纸保护层，使用该石墨烯纸保护层时，利用石墨烯纸保护层将光伏多晶硅铸锭行业炉腔保温热场中多晶硅蒸汽与碳碳复合材料承重板及隔离盖板的接触范围全部覆盖，并在碳碳复合材料承重板及隔离盖板的非结构受力点进行合适数量的打孔，且在覆盖的保护层的相应位置上进行打孔，利用螺栓固定连接保护层和碳碳复合材料承重板及隔离盖板。当保护层发生损坏后，可直接更换保护层，不需要更换碳碳复合材料承重板及隔离盖板，操作方便，降低成本，且有效防止碳化硅层引起的损坏，保证多晶硅成品锭的质量。