專利名稱：一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅氫化爐用隔熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種多晶硅氫 化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，生產(chǎn)多晶硅的主要方法為改良西門子法，釆用改良西門子法生
產(chǎn)的多晶硅占全球多晶硅總產(chǎn)量的80%以上。在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅 過程中，氫化爐為反應(yīng)產(chǎn)物回收的循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備，即將反應(yīng)副產(chǎn)物 SiCU與H2反應(yīng)生成SiHCl3原料進(jìn)行重新利用。氫化爐中，SiCU與H2的 混合氣體在125(TC條件下發(fā)生反應(yīng)，隔熱屏為發(fā)熱元件外部的隔熱材料， 也是為上述反應(yīng)提供一個(gè)恒溫的區(qū)域。因此要求隔熱屏隔熱性好，純度高 不污染多晶硅產(chǎn)品，強(qiáng)度高耐沖刷。氫化爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在2000小時(shí)以 上，因此隔熱屏的使用壽命將影響到氫化爐的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。
中國(guó)專利ZL200610043184.5,名稱為"單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐 用熱場(chǎng)炭/炭隔熱屏的制備方法"中公開了采用針刺炭布與無緯布相結(jié)合制 成三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體，基體釆用瀝青炭與樹脂炭雙元炭基體，并經(jīng) 2000 250(TC通氯氣或氟利昂的條件下進(jìn)行純化處理，其不足之處是(1) 瀝青浸漬時(shí)沒有采用真空加壓浸漬技術(shù)方案，浸漬效率偏低30%,周期長(zhǎng) 成本高；(2)機(jī)加工后未進(jìn)行涂層處理，表面粗糙，不夠致密，抗氣體 沖刷能力和耐腐蝕能力較差。
俄羅斯制備多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏采用炭布疊層纏繞預(yù)制體，純 化學(xué)氣相滲透工藝致密，表面涂層處理。該化學(xué)氣相滲透工藝致密方法周 期長(zhǎng)，效率低，成本高。其產(chǎn)品直徑約1000mm，尺寸規(guī)格較小，已逐漸 不能滿足氫化爐向大尺寸發(fā)展的需求。德國(guó)西格里制備多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏，采用無緯布疊層預(yù)制 體，以瀝青浸漬加壓制得長(zhǎng)方形平板，使用螺栓環(huán)向八角拼接，其缺點(diǎn)為 拼接處有接縫，密封性不好，無法承受氫化爐內(nèi)較大壓力，且安裝較為不 便，容易損壞。該結(jié)構(gòu)的隔熱屏產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)多晶硅企業(yè)進(jìn)行試用，存在 較大的設(shè)計(jì)缺陷，不能完全滿足隔熱屏功能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一 種工藝簡(jiǎn)單，周期短，成本較低的多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法。 該方法在不顯著降低炭/炭隔熱屏隔熱性的前提下，又能提高產(chǎn)品純度，而 且能大大提高抗熱震性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可有效提高隔熱屏產(chǎn)品的抗沖刷能
力和在SiCU、 HC1氣氛環(huán)境中的耐腐蝕能力，延長(zhǎng)使用壽命。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種多晶硅氫化爐用炭/ 炭隔熱屏的制備方法，其特征在于，制備過程為
(1) 釆用6-48K炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞構(gòu)成平面纖維， 釆用針刺工藝在垂直炭布方向引入增強(qiáng)纖維，制成體積密度為0.25~0.55 g/cn^的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體，針刺密度25 45針/cm2,其中，K代表絲 東千根數(shù)；
(2) 化學(xué)氣相滲透致密工藝以丙烯或天然氣為炭源氣體在高溫850 -120(TC條件下裂解，對(duì)三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行氣相滲透致密處理， 使得三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體的體積密度20.40g/cm3;
(3) 樹脂或?yàn)r青浸漬、炭化處理工藝該工序分兩種方法 一種為 樹脂或?yàn)r青真空浸漬炭化，在真空浸漬罐中，在真空度^0.090MPa的真空 狀態(tài)下，對(duì)體積密度^).40g/cmS的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體浸漬2-4小時(shí)后 出罐，再轉(zhuǎn)入炭化爐進(jìn)行炭化處理，制成炭/炭隔熱屏預(yù)制體； 一種為樹 脂或?yàn)r青壓力浸漬固化炭化，在壓力浸漬罐中，在壓力為L(zhǎng)5 2.0Mpa的 條件下，對(duì)體積密度^0.40g/cmS的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體浸漬3-5小時(shí)后出罐，再進(jìn)行固化處理，然后轉(zhuǎn)入炭化爐進(jìn)行炭化處理，炭/炭隔熱屏預(yù) 制體；其中，固化處理溫度為190°C，炭化溫度為800- IOO(TC,所述樹
脂為糠酮樹脂或酚醛樹脂；
(4) 高溫純化處理工藝重復(fù)步驟(3),當(dāng)炭/炭隔熱屏預(yù)制體的 體積密度^1.0g/cm3時(shí)，在純化爐中通入氯氣或氟利昂的條件下對(duì)炭/炭隔 熱屏預(yù)制體進(jìn)行高溫純化處理，高溫純化處理溫度為2300-280(TC;
(5) 對(duì)步驟(4)中經(jīng)高溫純化處理的炭/炭隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行車加 工，制成炭/炭隔熱屏；
(6) 對(duì)步驟(5)中進(jìn)行車加工后的炭/炭隔熱屏進(jìn)行化學(xué)氣相沉積 表面涂層處理，即制得高純度的炭/炭隔熱屏，所述高純度是指灰分 ^50ppm。
上述步驟(1)中所述炭布為平紋、斜紋或緞紋炭布。
上述步驟(2)中所述化學(xué)氣相滲透致密處理溫度為850- 1200°C。
上述步驟(6)中所述化學(xué)氣相沉積表面涂層處理溫度為900 - 1200°C。
上述步驟(6)中所述炭/炭隔熱屏的熱導(dǎo)率為5 30W/mK。
上述步驟(6)中所述炭/炭隔熱屏的直徑為1000 1800mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 釆用針刺6 48K平紋、斜紋或緞紋炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán) 向纏繞制得三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體，提高了炭/炭隔熱屏的強(qiáng)度及隔熱性； 并且短炭纖維網(wǎng)胎提供了徑向垂直纖維，提高了預(yù)制體致密工藝過程抗分 層的能力；
(2) 釆用化學(xué)氣相滲透硬化預(yù)制體，樹脂或?yàn)r青浸漬炭化處理相結(jié) 合的致密工藝，工藝簡(jiǎn)單，周期短，成本較低。
(3) 釆用2300-280(TC的高溫純化處理，在不顯著降低炭/炭隔熱屏 隔熱性的前提下，又能提高產(chǎn)品純度，而且能大大提高抗熱震性及結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性。
(4) 對(duì)機(jī)加工后的隔熱屏產(chǎn)品進(jìn)行表面CVD涂層處理，可有效提高隔熱屏產(chǎn)品的抗沖刷能力和在SiCl4、 HC1氣氛環(huán)境中的耐腐蝕能力，延長(zhǎng)
使用壽命。
(5)環(huán)向整體成型，高度通過自扣連接，安裝便捷，且不易損壞， 能顯著延長(zhǎng)炭/炭隔熱屏的使用壽命。
下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
(1) 采用12K平紋炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞，在厚度方向采 用針刺工藝引入垂直纖維，制成三向結(jié)構(gòu)發(fā)熱體預(yù)制體，針刺密度35 40 針/cm2,其體積密度為0.45g/cm3;
(2) 化學(xué)氣相滲透工藝，在94(TC溫度下，以丙烯為炭源氣體對(duì)預(yù)制 體進(jìn)行氣相滲透致密處理；
(3) 樹脂或新青真空浸漬炭化，炭/炭隔熱屏制品體積密度20.50g/cm3 時(shí)，進(jìn)行糠酮樹脂、酴醛樹脂或?yàn)r青真空浸漬處理，真空度S-0.094MPa， 浸漬之后進(jìn)行90(TC炭化處理；
(4) 高溫純化處理重復(fù)步驟(3),當(dāng)其體積密度^1.20 g/cmS時(shí)， 致密工藝結(jié)東，在260(TC通入氯氣或氟利昂的條件下對(duì)制品進(jìn)行高溫純化 處理；
(5) 機(jī)械加工對(duì)步驟(4)中經(jīng)過純化處理后炭/炭隔熱屏用車床加
工；
(6) 對(duì)隔熱屏表面進(jìn)行CVD涂層處理，在96(TC下，以丙烯為炭源氣 體對(duì)表面進(jìn)行CVD炭涂層即制得多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏。
上述步驟(6)中的多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的直徑為1000mm。實(shí)施例2
(1) 采用6K斜紋炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞，在厚度方向采 用針刺工藝引入垂直纖維，制成三向結(jié)構(gòu)發(fā)熱體預(yù)制體，針刺密度25 30 針/cm2，其體積密度為0.25g/cm3;
(2) 化學(xué)氣相滲透工藝，在85(TC溫度下，以丙烯為炭源氣體對(duì)預(yù)制 體進(jìn)行氣相滲透致密處理；
(3) 樹脂或?yàn)r青真空浸漬炭化，炭/炭隔熱屏制品體積密度^).40g/cm3 時(shí)，進(jìn)行糠酮樹脂、酚醛樹脂或新青真空浸漬處理，真空度^0.0卯MPa, 浸漬之后進(jìn)行80(TC炭化處理；
(4) 高溫純化處理重復(fù)步驟(3),當(dāng)其體積密度^1.0g/cn^時(shí)，致 密工藝結(jié)東，在230CTC通入氯氣或氟利昂的條件下對(duì)制品進(jìn)行高溫純化處 理；
(5) 機(jī)械加工對(duì)步驟(4)中經(jīng)過純化處理后炭/炭隔熱屏用車床加
工；
(6) 對(duì)隔熱屏表面進(jìn)行CVD涂層處理，在90(TC下，以丙烯為炭源氣 體對(duì)表面進(jìn)行CVD炭涂層即制得多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏。
上述步驟(6)中的多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的直徑為1500mm。 實(shí)施例3
(1) 釆用48K緞紋炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞，在厚度方向采 用針刺工藝引入垂直纖維，制成三向結(jié)構(gòu)發(fā)熱體預(yù)制體，針刺密度40~45 針/cm2,其體積密度為0.55 g/cm3;
(2) 化學(xué)氣相滲透工藝，在120(TC溫度下，以天然氣為炭源氣體對(duì)預(yù) 制體進(jìn)行氣相滲透致密處理；
(3) 樹脂或?yàn)r青壓力浸漬炭化，炭/炭隔熱屏制品體積密度20.60g/cm3 時(shí)，進(jìn)行糠酮樹脂、酚醛樹脂或?yàn)r青壓力浸漬處理，1.5 2.0MPa壓力下浸 漬4h左右出罐，糠酮樹脂、酚醛樹脂進(jìn)行固化，處理溫度為190°C,之后 進(jìn)行IOO(TC炭化處理；(4) 高溫純化處理重復(fù)步驟(3),當(dāng)其體積密度21.3 g/cn^時(shí)，致 密工藝結(jié)束，在280(TC通入氯氣或氟利昂的條件下對(duì)制品進(jìn)行高溫純化處 理；
(5) 機(jī)械加工對(duì)步驟(4)中經(jīng)過純化處理后炭/炭隔熱屏用車床加
工；
(6) 對(duì)隔熱屏表面進(jìn)行CVD涂層處理，在120(TC下，以天然氣為炭 源氣體對(duì)表面進(jìn)行CVD炭涂層即制得多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏。
上述步驟(6)中的多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的直徑為1800mm。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，
均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法，其特征在于，制備過程為(1)采用6-48K炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞構(gòu)成平面纖維，采用針刺工藝在垂直炭布方向引入增強(qiáng)纖維，制成體積密度為0.25～0.55g/cm3的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體，針刺密度25～45針/cm2，其中，K代表絲束千根數(shù)；(2)化學(xué)氣相滲透致密工藝以丙烯或天然氣為炭源氣體在高溫850-1200℃條件下裂解，對(duì)三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行氣相滲透致密處理，使得三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體的體積密度≥0.40g/cm3；(3)樹脂或?yàn)r青浸漬、炭化處理工藝該工序分兩種方法一種為樹脂或?yàn)r青真空浸漬炭化，在真空浸漬罐中，在真空度≤-0.090MPa的真空狀態(tài)下，對(duì)體積密度≥0.40g/cm3的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體浸漬2-4小時(shí)后出罐，再轉(zhuǎn)入炭化爐進(jìn)行炭化處理，制成炭/炭隔熱屏預(yù)制體；一種為樹脂或?yàn)r青壓力浸漬固化炭化，在壓力浸漬罐中，在壓力為1.5～2.0Mpa的條件下，對(duì)體積密度≥0.40g/cm3的三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體浸漬3-5小時(shí)后出罐，再進(jìn)行固化處理，然后轉(zhuǎn)入炭化爐進(jìn)行炭化處理，制成炭/炭隔熱屏預(yù)制體；其中，固化處理溫度為190℃，炭化溫度為800-1000℃，所述樹脂為糠酮樹脂或酚醛樹脂；(4)高溫純化處理工藝重復(fù)步驟(3)，當(dāng)炭/炭隔熱屏預(yù)制體的體積密度≥1.0g/cm3時(shí)，在純化爐中通入氯氣或氟利昂的條件下對(duì)炭/炭隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行高溫純化處理，高溫純化處理溫度為2300-2800℃；(5)對(duì)步驟(4)中經(jīng)高溫純化處理的炭/炭隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行車加工，制成炭/炭隔熱屏；(6)對(duì)步驟(5)中進(jìn)行車加工后的炭/炭隔熱屏進(jìn)行化學(xué)氣相沉積表面涂層處理，即制得高純度的炭/炭隔熱屏，所述高純度是指灰分≤50ppm。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方 法，其特征在于，步驟(1)中所述炭布為平紋、斜紋或緞紋炭布。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述化學(xué)氣相滲透致密處理溫度為850- 1200 。C。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方 法，其特征在于，步驟(6)中所述化學(xué)氣相沉積表面涂層處理溫度為900 - 1200°C。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方 法，其特征在于，步驟(6)中所述炭/炭隔熱屏的熱導(dǎo)率為5 30W/mK。
6. 按照權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方 法，其特征在于，步驟(6)中所述炭/炭隔熱屏的直徑為1000 1800mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅氫化爐用炭/炭隔熱屏的制備方法，制備過程為采用炭布與短炭纖維網(wǎng)胎交替環(huán)向纏繞構(gòu)成平面纖維，垂直方向引入增強(qiáng)纖維，制成三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體，對(duì)三向結(jié)構(gòu)隔熱屏預(yù)制體進(jìn)行化學(xué)氣相滲透致密工藝后再進(jìn)行樹脂或?yàn)r青浸漬、炭化處理，高溫純化處理后再機(jī)械加工，對(duì)機(jī)械加工后的炭/炭隔熱屏表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積涂層處理，即制得高純度的炭/炭隔熱屏。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，周期短，成本較低，在不顯著降低炭/炭隔熱屏隔熱性的前提下，又能提高產(chǎn)品純度，而且能大大提高抗熱震性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可有效提高隔熱屏產(chǎn)品的抗沖刷能力和在SiCl₄、HCl氣氛環(huán)境中的耐腐蝕能力，延長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101638322SQ200910022540
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者侯衛(wèi)權(quán), 李永軍, 肖志超, 蘇君明, 薛寧娟 申請(qǐng)人:西安超碼科技有限公司