[发明专利]工业真空炉用防腐蚀复合保温盖毡及其制备方法

说明书

本发明公开了一种工业真空炉用防腐蚀复合保温盖毡及其制备方法，该保温盖毡从表面到内部依次为石墨箔或解热碳涂层、碳/碳化硅多孔层和石墨毡层，层间通过碳基硅粘结剂或碳基/陶瓷粘结剂在高温下进行粘结。在使用过程中表面石墨箔或者解热碳涂层和硅蒸汽原位生产碳化硅表面，碳化硅层和碳/碳化硅层相结合提供高效防腐性能。和传统保温盖材料相比，加入的碳/碳化硅层不仅提高了物理强度而且优化了表面碳化硅和基体的热膨胀系数和硬度的匹配，显著提高了盖毡在氧化和硅蒸汽腐蚀下的寿命。盖毡损伤主要在表面和部分碳/碳化硅层，可以通过打磨和重新涂层的方式进行维修翻新。本发明成本低寿命长，适合工业生产。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体的说是一种工业真空炉用防腐蚀复合保温盖毡及其制备方法，应用于硅蒸汽腐蚀氛围、少量氧气和高温条件下的真空炉隔热。

背景技术

在光伏单晶硅的生产，高温陶瓷反应烧结或者陶瓷基复合材料制备的过程中，隔热材料通常要经受1400-1800℃的高温，同时伴有气流的冲刷，高温蒸汽的腐蚀(通常是硅蒸汽)以及微量的氧化。在此极端条件下对隔热材料的要求为：低导热率，减少热传递到炉盖，起到保温作用；相对光滑的表面，在高温环境下将热反射到炉内，起到节能和辅助升温作用；能经受起高温硅蒸汽的腐蚀和气流的冲刷；材质在高温环境下稳定不分解。

传统的隔热保温材料主要由碳毡或石墨毡组成。为了其提高保温性能，保温材料由低密度的单丝短切纤维被打散制成的无纺布毡。由于在石墨或者碳毡中纤维多半为单丝或者细丝束，比表面大，高温硅蒸汽很容易渗透如毡的表面侵蚀纤维本身。虽然石墨硬毡有部分树脂碳保护纤维丝，但其多孔结构不足以抵挡硅蒸汽的侵入。硅蒸汽侵蚀碳纤维表面生成碳化硅，由于碳化硅的密度显著的大于碳，外圈表面的碳化硅因为体积收缩而受到拉应力而产生裂纹使得纤维展现脆性，其具体表现为掉渣。另一种可能的失效方式是真空炉里难免有微量的氧气，从而造成纤维材料的氧化。为了防止掉渣和氧化，目前常用的方法是在保温材料表面贴石墨箔，大丝束碳布或者碳基涂层。在使用过程中，高温硅蒸汽会使得表面陶瓷化而形成一层致密的的碳化硅为主的层来延缓硅蒸汽的侵蚀。另外一种解决方案是在保温材料表面直接制备碳化硅涂层来起到防护作用的，例如专利号为CN103993474A的中国专利公开了一种硬质碳纤维毡表面碳化硅涂层的制备方法，通过在石墨毡表面涂敷的石墨乳随后硅蒸汽反应生成反应烧结碳化硅层。但是在使用过程中涂层容易开裂和脱落，使得保温材料的寿命大多数都在半年到一年之间。专利号为CN105951301A的专利公开了一种抗氧化碳纤维隔热毡的制备方法，通过在碳纤维毡上通过结枝聚硅烷，高温处理在碳纤维表面沉积碳化硅层来保护纤维。此方法存在以下缺陷：保温隔热材料一般需要光洁的表面把热量反射会炉内，以起到保温节能的效果；聚硅烷先驱体一般成瓷率较低，需要浸渍多次才能形成致密的保护层；按专利所述的方法浸渍一次只能形成松散的碳化硅，而达不到理想的保护效果；聚硅烷现在的价格较高，不适用于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业真空炉用防腐蚀复合保温盖毡及其制备方法，由碳化硅陶瓷表面和碳/碳化硅层相结合作为防腐和热反射的表面，内部为石墨毡保温材料，提高产品的使用寿命，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种工业真空炉用防腐蚀复合保温盖毡，该盖毡的横截断面的结构为：中间主体为石墨硬毡，石墨硬毡的两侧通过碳基/陶瓷混合粘结剂粘结有经过除硅和二次渗硅处理的碳/碳化硅片，碳/碳化硅片的外表面通过碳基粘结剂粘结有石墨箔或沉积有解热碳涂层；外表面粘结有石墨箔的复合保温盖毡用于加热温度低于1700℃的工业真空炉；外表面沉积有解热碳涂层的复合保温盖毡用于加热温度为1700-1800℃的工业真空炉。

复合保温盖毡最外层的石墨箔或热解碳涂层在工业真空炉使用过程中和真空炉内硅蒸汽或碳/碳化硅片挥发的少量游离硅可进一步反应生成碳化硅保护层。

优选的，所述石墨硬毡由PAN基纤维石墨软毡经过浸胶、热压、固化和碳化处理而成，石墨硬毡的厚度为10-150mm，密度为0.19-0.24g/cm³。