[发明专利]一种碳碳复合材料托杆及其制备方法

说明书

本申请涉及碳碳复合材料的技术领域，具体公开了一种碳碳复合材料托杆及其制备方法。制备方法为：S1、选用碳纤维原料以双面铺层针刺的方式制备得到碳纤维平板预制体；S2、将所述碳纤维平板预制体在150‑270℃、0.3‑1.5MPa的条件下热压硬化1‑6h，得到硬质平板；S3、将所述硬质平板进行碳碳沉积、机械加工后以树脂或沥青浸渍后碳化，得到碳碳托杆粗品；S4、将所述碳碳托杆粗品进行高温石墨化处理即得到碳碳复合材料托杆毛坯；S5、将碳碳复合材料托杆毛坯经机械加工后得到碳碳复合材料托杆。本申请的碳碳复合材料托杆具有密度均匀度高、偏摆率低的优点。

技术领域

本申请涉及碳碳复合材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种碳碳复合材料托杆及其制备方法。

背景技术

碳碳复合材料因其优异的耐高温、力学强度以及寿命等性能，更多的应用于多晶硅铸锭炉的设备中。

碳碳复合材料的制备工艺包括预制体制备、树脂浸渍固化、气相沉积增密以及高温纯化等步骤。但是该传统制备工艺具有一定的局限性，使得制备得到的碳碳复合材料具有密度不均匀(表面处密度高、中心部位的密度低)、表面平整度低或者力学性能低的问题。

在采用该碳碳复合材料制备一些用于单晶炉的组件时，尤其是杆件，例如，坩埚托杆，由于坩埚托杆是单晶炉内不可缺少的组成部件，坩埚托杆作为坩埚中心处设置的杆件，坩埚托杆的底部贯穿坩埚炉腔底板并与炉腔底部的坩埚轴相连。在单晶拉制的过程中，坩埚轴按设定的值进行上升、下降和旋转，坩埚轴通过坩埚托杆实现在炉腔之外驱动坩埚旋转和上下移动。

当碳碳复合材料存在密度不均匀的缺陷时，制备得到的坩埚托杆将容易出现在旋转时偏心旋转的情况，容易使硅液飞溅损伤炉腔配件，进而影响制备得到的单晶质量，坩埚易因长期受力不均出现易损坏、寿命短的问题。

因此，提供一种密度均匀度更高、纤维结构更均匀的碳碳复合材料托杆是十分必要的。

发明内容

为了进一步提高碳碳复合材料托杆的密度均匀度，本申请提供一种碳碳复合材料托杆及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种碳碳复合材料托杆的制备方法，采用如下的技术方案：

一种碳碳复合材料托杆的制备方法，以下步骤：

S1、选用碳纤维原料以双面铺层针刺的方式制备得到碳纤维平板预制体，所述碳纤维平板预制体的密度≥0.4g/m³；

S2、将所述碳纤维平板预制体在150-270℃、0.3-1.5MPa的条件下热压硬化，得到硬质平板；

S3、将所述硬质平板进行化学气相沉积后得到碳碳平板，将碳碳平板经机械加工得到碳碳托杆毛坯，再将碳碳托杆毛坯以树脂或沥青浸渍后碳化，得到碳碳托杆粗品；

S4、将所述碳碳托杆粗品进行高温石墨化处理即得到碳碳复合材料托杆毛坯；

S5、将碳碳复合材料托杆毛坯经机械加工后得到碳碳复合材料托杆。

本申请在制备碳碳复合材料托杆时，其制备工艺是首先制备得到具有一定厚度的碳纤维平板预制体，再进行一系列的处理后，沿着板体的长度或者宽度方向(板体的沿着板体的长度或者宽度方向即为碳碳复合材料托杆的轴向)通过机械方式加工出杆状的碳碳复合材料托杆毛坯，再经过一定处理后得到成品的碳碳复合材料托杆。因此，板体厚度方向的密度均匀度将直接影响碳碳复合材料托杆径向的密度均匀度，若是碳碳复合材料托杆在该方向上密度均匀度不高，则容易出现碳碳复合材料托杆在使用时出现偏心旋转的情况，进而影响制备得到的单晶质量，且坩埚易因长期受力不均出现易损坏、寿命短的问题。