[发明专利]一种CVI系统多料柱短周期制备大型筒状碳碳热场材料的方法和系统

说明书

本发明提供了一种用于制备碳碳热场材料的CVI系统，包括多料柱CVD气相沉积炉；所述CVD气相沉积炉设置有气体预热工装和装料工装；所述CVD气相沉积炉为多料柱高层数CVD气相沉积炉。本发明在多料柱高层数大型筒状碳碳热场材料快速CVI工艺和系统中，采用具有多区独立控制加热、独立进出气系统及多级尾气处理系统的大型多料柱化学气相沉积炉，采用石墨和碳碳工装搭建料柱构建料柱内外梯度温场、气流场、压力场和上部独立补气，采用底部进气预热石墨工装来预热进入炉内气体减小底部温度差异，采用高温高压大流量CVI工艺参数和以纯天然气为碳源气体，缩短了CVI工艺周期，密度差异缩小，制备碳碳材料密度高和大幅降低生产成本。

技术领域

本发明属于筒状碳碳热场材料制备技术领域，涉及一种用于制备碳碳热场材料的CVI系统以及CVI制备碳碳热场材料的工艺，尤其涉及一种CVI系统多料柱短周期制备大型筒状碳碳热场材料的方法和系统。

背景技术

单晶硅直拉炉用碳碳热场材料包括埚帮、外导流筒和保温筒等的制备工艺主要有纯CVI工艺和CVI与树脂或沥青浸渍相结合的复合增密工艺两种。纯CVI工艺使用网胎+平纹布+缠绕丝叠层针刺的碳纤维预制体作为增强骨架，经过多次CVI增密和机加去壳循环，达到一定密度后进行高温热处理，加工至成品尺寸后进行热解碳涂层得到碳碳筒；CVI与液相浸渍复合工艺使用网胎+平纹布+缠绕丝叠层针刺的碳纤维预制体作为增强骨架，经过多次CVI增密和机加去壳循环，达到一定密度后，再经过多次树脂浸渍碳化循环，达到一定密度后进行高温热处理，加工至成品尺寸后进行热解碳涂层得到碳碳筒。

通常制备碳碳热场材料的纯CVI工艺中有三种，第一种是单料柱低层数(1料柱3层以下)等温等压CVI工艺，以单料柱沉积炉和铸锭炉改造后的沉积炉为主；第二种是多料柱低层数(7料柱3层以下) 等温等压CVI工艺，第三种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺。制备碳碳热场材料的CVI与液相浸渍复合工艺中有两种，第一种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合树脂浸渍碳化工艺；第二种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合沥青浸渍碳化工艺。

CVI工艺对碳纤维损伤最小，而且热解碳与碳纤维的界面结合强度高，因此针刺预制体+纯CVI工艺制备的碳碳热场材料在同等密度下比液相浸渍工艺增密的碳碳热场材料的力学强度高、抗腐蚀性强且使用寿命长，但纯CVI工艺时间长，通常要2～3月，1.3g/cm³以上密度的材料成本比较高。单料柱低层数(1料柱3层以下)等温等压CVI 工艺时间较短，通常300-400小时，制备的材料密度高且合格率高，但材料单位能耗最高和单位设备折旧最高。多料柱低层数(7料柱3 层以下)等温等压CVI工艺时间偏短，通常400-500小时，制备的材料密度高且合格率高，但单位材料能耗较高和设备折旧较高。多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺时间较长，通常600-700 小时，制备的材料密度低且合格率低，单位材料能耗低和设备折旧高。虽然针刺预制体CVI沉积至一定密度再多次浸渍碳化工艺能提高产品密度及密度均匀性，但材料制备周期长，通常要3-4个月，浸渍对纤维损伤大材料力学性能差及脆性大，材料成本高且环境污染较大。多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合树脂浸渍碳化工艺时间长，通常沉积200-300小时沉积加2-3次树脂浸渍，制备的材料密度高且合格率高，但单位材料能耗高和设备折旧高。

因此，如何能找到一种更为适宜的方法，更改更加快速低耗的制备筒状碳碳热场材料，已成为业内诸多研发型企业以及一线研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于制备碳碳热场材料的CVI系统以及CVI制备碳碳热场材料的工艺，特别是一种 CVI系统多料柱短周期制备大型筒状碳碳热场材料的方法。本发明提供的多料柱高层数(7料柱8层)快速CVI工艺，时间短，通常260-300 小时，制备的材料密度高、表面涂层封孔效果好、抗腐蚀性能强、单位材料能耗低、单位材料设备折旧低和总体的材料成本低。

本发明提供了一种用于制备碳碳热场材料的CVI系统，包括多料柱CVD气相沉积炉；