本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及到一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳碳復(fù)合材料是一種碳纖維增強(qiáng)碳基體的復(fù)合材料，具有密度低、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱快、高溫強(qiáng)度保留率高、熱升華溫度高以及可以獲得高純度等優(yōu)異性能，是一種具有性能可設(shè)計(jì)和抗熱震性的新型高性能復(fù)合材料，特別適合在要求減重且物理、化學(xué)、力學(xué)性能穩(wěn)定性和可靠性極高的高溫及超高溫環(huán)境中，在高溫工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，特別是硅材料熔煉提純、鑄錠、拉制單晶等領(lǐng)域。目前在光伏多晶硅鑄錠行業(yè)爐腔保溫?zé)釄?chǎng)采用的碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，強(qiáng)度好、耐高溫，但是因?yàn)槠浔旧頌樘?、在高溫爐腔內(nèi)與多晶硅熔化后產(chǎn)生的氣態(tài)硅發(fā)生化合反應(yīng)，形成硬度高且脆度高的碳化硅層，導(dǎo)致碳碳復(fù)合材料板崩皮損壞，縮短了使用壽命，而且分離的碳化硅碎屑容易掉入多晶硅熔液中，造成多晶硅錠中雜質(zhì)的增加，從而影響其品質(zhì)。

目前常用的對(duì)于碳碳復(fù)合材料的改進(jìn)方法為，在碳碳復(fù)合材料的表面設(shè)置涂層，如陶瓷涂層，防止碳化硅層的形成，但是陶瓷涂層在高溫環(huán)境下易脫落，此時(shí)需要將整個(gè)機(jī)材換掉才能繼續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)成本高。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?013201686423(申請(qǐng)日為2013.04.07)的《一種直接保護(hù)碳纖維的抗硅蒸汽侵蝕內(nèi)涂層》公開了在碳纖維表面覆蓋一層化學(xué)氣相沉積的初級(jí)熱解碳基底層，在該初級(jí)熱解碳基底層表面覆蓋有一層化學(xué)氣相沉積的二級(jí)富碳化硅保護(hù)層，可直接保護(hù)碳纖維增強(qiáng)材料免受硅蒸汽侵蝕，但是操作復(fù)雜，不能單獨(dú)對(duì)內(nèi)涂層進(jìn)行更換，生產(chǎn)成本高。因此，需要設(shè)計(jì)一種碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層，更換操作簡(jiǎn)單便捷，有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量，降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層及其制備方法。該保護(hù)層通過(guò)物理方法固定在碳碳復(fù)合材料上，更換簡(jiǎn)單，操作便捷，可有效防止碳化硅層的產(chǎn)生和損壞，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量，降低成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層，包含下述質(zhì)量份數(shù)的原料：石墨膠50～70份，天然瀝青10～20份，混合乳液20～30份。

所述石墨膠由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：石墨粉25～50份，丙酮5～30份，熱固性樹脂10～20份。

所述熱固性樹脂為聚丙烯酸酯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丁二烯樹脂或者有機(jī)硅樹脂中一種或幾種。

所述混合乳液由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：乙醇40～60份，液氨5～10份，氫氧化鈉7～15份，十二烷基硫酸鹽5～10份，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％～10％的溴鹽類離子液體20～35份。

所述溴鹽類離子液體為1,4-二(十二烷基咪唑)丁基溴鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴、十二烷基甲基吡咯溴中的一種。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨固體置于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械粉碎，得到粒徑大小在3μm～7μm范圍的石墨粉；

(2)將石墨粉、丙酮、熱固性樹脂置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，制備得到石墨膠；

(3)將乙醇、液氨、氫氧化鈉、十二烷基硫酸鹽、溴鹽類離子液體混合，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制備得到混合乳液；

(4)將石墨膠、天然瀝青、混合乳液置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為120℃～220℃，壓力為1～3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000～2000rpm/min，反應(yīng)時(shí)間為3～6h；

(5)停止反應(yīng)后，從釜體內(nèi)取出產(chǎn)物，利用壓片機(jī)進(jìn)行壓制成片狀，厚度為1.2～1.5mm，在50℃～80℃進(jìn)行烘干，得到石墨烯紙保護(hù)層。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層制備完成后，得到的是厚度為1.2～1.5mm的石墨烯紙保護(hù)層，使用該石墨烯紙保護(hù)層時(shí)，利用石墨烯紙保護(hù)層將光伏多晶硅鑄錠行業(yè)爐腔保溫?zé)釄?chǎng)中多晶硅蒸汽與碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的接觸范圍全部覆蓋，并在碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的非結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)進(jìn)行合適數(shù)量的打孔，且在覆蓋的保護(hù)層的相應(yīng)位置上進(jìn)行打孔，利用螺栓固定連接保護(hù)層和碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板。當(dāng)保護(hù)層發(fā)生損壞后，可直接更換保護(hù)層，不需要更換碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，操作方便，降低成本，且有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用石墨膠、天然瀝青和混合乳液制備石墨烯紙保護(hù)層，制備方法簡(jiǎn)單；通過(guò)螺栓固定保護(hù)層與碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，使得保護(hù)層的更換操作簡(jiǎn)單便捷，且不需要更換碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，降低成本；本發(fā)明的保護(hù)層能有效防止碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板產(chǎn)生碳化硅層，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層，包含下述質(zhì)量份數(shù)的原料：石墨膠50份，天然瀝青10份，混合乳液20份。

所述石墨膠由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：石墨粉25份，丙酮5份，熱固性樹脂10份。

所述熱固性樹脂為聚丙烯酸酯樹脂。

所述混合乳液由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：乙醇40份，液氨5份，氫氧化鈉7份，十二烷基硫酸鈉5份，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％的1,4-二(十二烷基咪唑)丁基溴鹽20份。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨固體置于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械粉碎，得到粒徑大小為3μm范圍的石墨粉；

(2)將石墨粉、丙酮、熱固性樹脂置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，制備得到石墨膠；

(3)將乙醇、液氨、氫氧化鈉、十二烷基硫酸鈉、1,4-二(十二烷基咪唑)丁基溴鹽混合，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制備得到混合乳液；

(4)將石墨膠、天然瀝青、混合乳液置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為120℃，壓力為1atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000rpm/min，反應(yīng)時(shí)間為3h；

(5)停止反應(yīng)后，從釜體內(nèi)取出產(chǎn)物，利用壓片機(jī)進(jìn)行壓制成片狀，厚度為1.2mm，在50℃進(jìn)行烘干，得到石墨烯紙保護(hù)層。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層使用時(shí)，利用石墨烯紙保護(hù)層將光伏多晶硅鑄錠行業(yè)爐腔保溫?zé)釄?chǎng)中多晶硅蒸汽與碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的接觸范圍全部覆蓋，并在碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的非結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)進(jìn)行合適數(shù)量的打孔，且在覆蓋的保護(hù)層的相應(yīng)位置上進(jìn)行打孔，利用螺栓固定連接保護(hù)層和碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板。當(dāng)保護(hù)層發(fā)生損壞后，可直接更換保護(hù)層，不需要更換碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，操作方便，降低成本，且有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量。

實(shí)施例2

一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層，包含下述質(zhì)量份數(shù)的原料：石墨膠70份，天然瀝青20份，混合乳液30份。

所述石墨膠由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：石墨粉50份，丙酮30份，熱固性樹脂20份。

所述熱固性樹脂為聚丁二烯樹脂和有機(jī)硅樹脂的混合物，兩者的重量比為1:1。

所述混合乳液由下述質(zhì)量份數(shù)的原料組成：乙醇60份，液氨10份，氫氧化鈉15份，十二烷基硫酸鉀10份，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的1-十二烷基-3-甲基咪唑溴35份。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨固體置于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械粉碎，得到粒徑大小為7μm的石墨粉；

(2)將石墨粉、丙酮、熱固性樹脂置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，制備得到石墨膠；

(3)將乙醇、液氨、氫氧化鈉、十二烷基硫酸鉀、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴混合，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制備得到混合乳液；

(4)將石墨膠、天然瀝青、混合乳液置于帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為220℃，壓力為3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為2000rpm/min，反應(yīng)時(shí)間為6h；

(5)停止反應(yīng)后，從釜體內(nèi)取出產(chǎn)物，利用壓片機(jī)進(jìn)行壓制成片狀，厚度為1.5mm，在80℃進(jìn)行烘干，得到石墨烯紙保護(hù)層。

本發(fā)明所述的一種光伏鑄錠爐用碳碳復(fù)合材料的保護(hù)層使用時(shí)，利用石墨烯紙保護(hù)層將光伏多晶硅鑄錠行業(yè)爐腔保溫?zé)釄?chǎng)中多晶硅蒸汽與碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的接觸范圍全部覆蓋，并在碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板的非結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)進(jìn)行合適數(shù)量的打孔，且在覆蓋的保護(hù)層的相應(yīng)位置上進(jìn)行打孔，利用螺栓固定連接保護(hù)層和碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板。當(dāng)保護(hù)層發(fā)生損壞后，可直接更換保護(hù)層，不需要更換碳碳復(fù)合材料承重板及隔離蓋板，操作方便，降低成本，且有效防止碳化硅層引起的損壞，保證多晶硅成品錠的質(zhì)量。

上述雖然結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。