專利名稱：高溫爐耐火保溫罩及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫爐部件，具體地說是一種高溫爐耐火保溫罩 及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
單晶爐和多晶硅鑄錠爐等高溫爐工作時(shí)，爐內(nèi)溫度高達(dá)160(TC以 上，為減少熱損失，降低能耗，保證爐內(nèi)溫度滿足工藝要求，離不開 既能耐火又具有良好保溫性能的耐火保溫罩。目前，高溫爐耐火保溫 罩基本上由高密度、高強(qiáng)度、高純度石墨制成，為加強(qiáng)保溫效果，耐 火保溫罩外往往用石墨氈和/或炭氈包裹起來。因石墨制品導(dǎo)熱系數(shù) 高，為140W/mK左右，保溫效果并不理想；又因石墨制品強(qiáng)度低，其 抗折強(qiáng)度為13MPa左右，抗熱震性能較差，急冷急熱環(huán)境中易開裂， 使用壽命較短，維修頻繁，影響正常生產(chǎn)，也導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本的增 加。此外，大尺寸耐火保溫罩成形困難，耗材較多，難以滿足單晶硅 生產(chǎn)發(fā)展的需要。炭/炭復(fù)合材料是一種將炭纖維制成的網(wǎng)胎與網(wǎng)胎、 或炭布與炭布、或網(wǎng)胎與炭布復(fù)合，再經(jīng)過增密、炭化和石墨化處理 而成，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐燒蝕、熱膨脹系數(shù)小、 耐急冷急熱而不變形不開裂等優(yōu)良性能，其高密度(1.2g/cm3 1. 7g/cm3)的炭纖維復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度為120MPa左右，導(dǎo)熱系數(shù) 僅為10W/mK左右，低密度(0. 4g/cm3 0. 8g/cm3)的炭纖維復(fù)合材料， 其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.8W/mK左右，特別適應(yīng)于高溫領(lǐng)域，現(xiàn)己成為或?qū)⒅鸩匠蔀楹娇蘸教?、冶金、新能源等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用炭/炭復(fù)合材料加工制成的高溫爐 耐火保溫罩及其生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的， 一種高溫爐耐火 保溫罩，其保溫罩由炭/炭復(fù)合材料加工制成。
一種高溫爐耐火保溫罩，它由炭纖維經(jīng)制坯一增密一純化一機(jī)加 工制成。
本發(fā)明所述保溫罩包括里層和外層，里層的表觀密度為 1. 2g/cm3 1. 7g/cm3，外層的表觀密度為0. 4g/cm3 0. 8g/cm3。
本發(fā)明在加工時(shí)，為減緩?fù)鈱拥脑雒芩俣?，使外層與里層的表觀 密度出現(xiàn)較大差異，里層和外層之間設(shè)有緩滲層。
本發(fā)明所述的緩滲層為膨脹石墨紙或硫酸紙，為使外層與里層結(jié) 合緊密、牢固，在膨脹石墨紙或硫酸紙上設(shè)有孔。
本發(fā)明為減少以輻射為傳熱方式的高溫爐的熱損失，在保溫罩內(nèi) 壁上設(shè)有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板。
本發(fā)明所述高溫爐耐火保溫罩的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟
(1) 制坯將由炭纖維制成的網(wǎng)胎與炭布通過針刺使之復(fù)合成氈， 作為里層，與作為外層的網(wǎng)胎層層纏繞后針刺復(fù)合，制成保溫罩預(yù)制 體；
(2) 增密將步驟(l)所得的保溫罩預(yù)制體經(jīng)化學(xué)氣相滲透(沉積) 和/或液體浸漬增密，制成所需要求的保溫罩坯體；
(3) 純化將步驟(2)所得的保溫罩坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱去除其中雜質(zhì)；
(4)機(jī)加工將步驟(3)所得保溫罩坯體機(jī)加工成所需形狀和尺寸的 保溫罩。
本發(fā)明為減緩?fù)鈱拥脑雒芩俣龋雇鈱优c里層的表觀密度出現(xiàn)較 大差異，在步驟(l)中將作為里層的氈、緩滲層及外層層層纏繞后針剌 復(fù)合，制成保溫罩預(yù)制體。
本發(fā)明在步驟(l)中，所述網(wǎng)胎的面密度為20g/ltf 160g/nf，炭 布的面密度為200 g/m2 320g/m2，制成的保溫罩預(yù)制體，其表觀密 度為0. 25g/cm3 0. 58g/cm3。
本發(fā)明在步驟(2)中，保溫罩坯體的表觀密度達(dá)到0.7g/cm3 1. 2g/cmJ。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，其工藝 合理，保溫罩里層為高密度(1. 2g/cm3 1. 7g/cm3)的炭/炭復(fù)合材料， 其抗折強(qiáng)度為llOMPa左右，導(dǎo)熱系數(shù)僅為10W/mK左右；而外層為低 密度(O. 4g/cm3 0. 8g/cm3)的炭/炭復(fù)合材料，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0. 8W/mK 左右；因此，保溫罩綜合性能好，既具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，又具 有較好的抗熱震性和保溫性能；同時(shí)，較之石墨保溫罩，減小了保溫 罩壁厚，減輕了保溫罩質(zhì)量，其自身耗能也減少。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一種高溫爐耐火保溫罩，其保溫罩由炭/炭復(fù)合材料加工制成。一種高溫爐耐火保溫罩，它由炭纖維經(jīng)制坯一增密一純化一機(jī)加 工制成。
本發(fā)明所述保溫罩包括里層2和外層1，里層2的表觀密度為 1.2g/cm3 1.7g/cm3 (本實(shí)施例為1. 3g/cm3)，外層1的表觀密度為 0. 4g/cm3 0, 8g/cm3 (本實(shí)施例為0. 7g/cm3)。
所述保溫罩的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟
(1) 制坯將由炭纖維制成的網(wǎng)胎與炭布通過針刺使之復(fù)合成氈，
作為里層2，與作為外層1的網(wǎng)胎層層纏繞后針刺復(fù)合，制成保溫罩 預(yù)制體；
(2) 增密將步驟(l)所得的保溫罩預(yù)制體經(jīng)化學(xué)氣相滲透(沉積) 和/或液體浸漬增密，將其密度逐步增加并經(jīng)炭化(如需要)和石墨 化處理，制成所需要求的保溫罩坯體；
(3) 純化將步驟(2)所得的保溫罩坯體放入高溫爐中，在真空條件
下加熱去除其中雜質(zhì)；
即在真空條件下加熱至2100°C 2800°C (本實(shí)施例為2500°C)， 保溫時(shí)間為2 10h (本實(shí)施例為8h)，進(jìn)行純化處理。
(4) 機(jī)加工將步驟(3)所得保溫罩坯體機(jī)加工成所需形狀和尺寸的 保溫罩。
本發(fā)明在加工時(shí)，為減緩?fù)鈱?的增密速度，使外層1與里層2 的表觀密度出現(xiàn)較大差異，在步驟(l)中將作為里層2的氈、緩滲層4 及外層1層層纏繞后針刺復(fù)合，制成保溫罩預(yù)制體。
本發(fā)明所述的緩滲層4為膨脹石墨紙或硫酸紙，為使外層1與里 層2結(jié)合緊密、牢固，在膨脹石墨紙或硫酸紙上設(shè)有孔。本發(fā)明在步驟(l)中，所述網(wǎng)胎的面密度為20g/m2 160g/m2 (本 實(shí)施例在作為里層2與炭布復(fù)合時(shí)，其面密度為140g/nf，作為外層 1時(shí)，其面密度為20g/nf)，炭布的面密度為200 g/rtf 320g/m2 (本 實(shí)施例為300g/ltf)，制成的保溫罩預(yù)制體，其表觀密度為0. 25g/cm3
0. 58g/cm3 (本實(shí)施例為O. 5g/cm3)。
本發(fā)明在步驟(2)中，保溫罩坯體的表觀密度達(dá)到0.7g/cm3
1. 2g/cm3。
這樣，其保溫罩里層2的密度較高，強(qiáng)度高，而外層1的密度較 小，保溫性好；使之既具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，又具有較好的抗熱 震性和保溫性能。
本發(fā)明為減少以輻射為傳熱方式的高溫爐的熱損失，在保溫罩內(nèi) 壁上設(shè)有表面平整光滑，粗糙度好的柔性石墨板3。
此時(shí)，可根據(jù)需要，再進(jìn)行一次純化，以確保產(chǎn)品純度。即在真 空條件下加熱至1800。C 2500。C (本實(shí)施例為2000°C)，保溫30分 鐘一360分鐘(本實(shí)施例為260分鐘)，去除上述過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1、一種高溫爐耐火保溫罩，其特征是保溫罩由炭/炭復(fù)合材料加工制成。
2、 一種高溫爐耐火保溫罩，其特征是它由炭纖維經(jīng)制坯一增密一純化一機(jī)加工制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫爐耐火保溫罩，其特征是所 述保溫罩包括里層[2]和外層[1]，里層[2]的表觀密度為1.2g/cm3 1. 7g/cm3，外層[l]的表觀密度為0. 4g/cm3 0. 8g/cm3。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫爐耐火保溫罩，其特征是里層[2] 和外層[1]之間設(shè)有緩滲層[4]。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫爐耐火保溫罩，其特征是所述的 緩滲層[4]為膨脹石墨紙或硫酸紙，在膨脹石墨紙或硫酸紙上設(shè)有孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫爐耐火保溫罩，其特征是保 溫罩內(nèi)壁上設(shè)有柔性石墨板[3]。
7、 一種如權(quán)利要求2所述高溫爐耐火保溫罩的生產(chǎn)工藝，其特 征是包括以下步驟-(1) 制坯將由炭纖維制成的網(wǎng)胎與炭布通過針刺使之復(fù)合成氈， 作為里層[2]，與作為外層[l]的網(wǎng)胎層層纏繞后針刺復(fù)合，制成保溫 罩預(yù)制體；(2) 增密將步驟a)所得的保溫罩預(yù)制體經(jīng)化學(xué)氣相滲透(沉積)和/或液體浸漬增密，制成所需要求的保溫罩坯體；(3) 純化將步驟(2)所得的保溫罩坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱去除其中雜質(zhì)；(4)機(jī)加工將步驟(3)所得保溫罩坯體機(jī)加工成所需形狀和尺寸的保溫罩。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述高溫爐耐火保溫罩的生產(chǎn)工藝，其特征 是在步驟(l)中將作為里層[2]的氈、緩滲層[4]及外層[1]層層纏繞后 針剌復(fù)合，制成保溫罩預(yù)制體。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述高溫爐耐火保溫罩的生產(chǎn)工藝，其特征 是在步驟(l)中，所述網(wǎng)胎的面密度為20 g/m2 160g/m2，炭布的面 密度為200 g/m2 320g/m2，制成的保溫罩預(yù)制體，其表觀密度為 0. 25g/cm3 0. 58g/cm'!。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述高溫爐耐火保溫罩的生產(chǎn)工藝，其特 征是在步驟(2)中，保溫罩坯體的表觀密度達(dá)到0. 7g/cm3 1. 2g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用炭/炭復(fù)合材料加工制成的高溫爐耐火保溫罩及其生產(chǎn)工藝，其特征是保溫罩包括高密度的炭/炭復(fù)合材料里層[2]和低密度的炭/炭復(fù)合材料外層[1]，其生產(chǎn)工藝為炭纖維經(jīng)制坯—增密—純化—機(jī)加工制成，本發(fā)明工藝合理，保溫罩里層為高密度(1.2g/cm³～1.7g/cm³)的炭/炭復(fù)合材料，其抗折強(qiáng)度為110MPa左右，導(dǎo)熱系數(shù)僅為10W/mK左右；而外層為低密度(0.4g/cm³～0.8g/cm³)的炭/炭復(fù)合材料，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.8W/mK左右；因此，保溫罩綜合性能好，既具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，又具有較好的抗熱震性和保溫性能；同時(shí)，較之石墨保溫罩，減小了保溫罩壁厚，減輕了保溫罩質(zhì)量，其自身耗能也減少。
文檔編號C30B35/00GK101463500SQ20081003075
公開日2009年6月24日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者廖寄喬, 王躍軍, 邰衛(wèi)平, 龔玉良 申請人:湖南金博復(fù)合材料科技有限公司