專利名稱：?jiǎn)尉t傳動(dòng)軸及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種高溫爐，具體地說是ー種單晶爐，特別是涉及ー種單晶爐傳動(dòng)軸及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
單晶爐是ー種在惰性氣體環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長(zhǎng)無錯(cuò)位單晶的設(shè)備。單晶爐拉制單晶硅棒時(shí)，盛裝多晶硅塊等原料的石英坩堝放入位于堝托之上的石墨或C/C坩堝內(nèi)，在保護(hù)性氣氛中加熱熔化(爐內(nèi)最高溫度高達(dá)1600°C左右)，調(diào)控到エ藝溫度后，籽晶經(jīng)導(dǎo)流筒插入熔融多晶硅液中引晶，坩堝放在堝托上由其下的傳動(dòng)軸帶動(dòng)一同旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，籽晶也逆向旋轉(zhuǎn)并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列順序結(jié)晶凝固成單晶硅棒。在單晶硅棒拉制過程中，傳動(dòng)軸位于爐體底部，起著承載坩堝及其盛裝的原料和傳遞動(dòng)力的作用。目前，單晶爐傳動(dòng)軸通常采用石墨材料制作，為便于將單晶爐傳動(dòng)軸固定在動(dòng)カ系統(tǒng)的錐形座內(nèi)，在生產(chǎn)加工時(shí)，往往在傳動(dòng)軸的中心開有通孔，安裝時(shí)，緊固螺栓從通孔中放入并擰進(jìn)動(dòng)カ系統(tǒng)的錐形座的螺紋孔中，將單晶爐傳動(dòng)軸緊固在動(dòng)カ系統(tǒng)的錐形座上，使單晶爐傳動(dòng)軸在工作時(shí)與動(dòng)力系統(tǒng)的錐形座始終保持相對(duì)靜止的狀態(tài)。由于石墨力學(xué)性能較差，遭外力碰撞易損傷，所以加工時(shí)耗材較多；同時(shí)石墨材料制成的傳動(dòng)軸的軸壁相對(duì)較厚，通孔內(nèi)徑小，一般小于25 mm，而石墨材料導(dǎo)熱性能較好，爐中熱量易通過傳動(dòng)軸傳遞到爐外，増加能耗，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本増加。若在通孔內(nèi)填充保溫材料，則可起到減少熱量損失的作用，但因孔小，放不了多少保溫材料，且操作也不大方便，工作中基本上沒有放保溫材料，這樣就形成ー個(gè)通道，熱量易于散失。碳/碳復(fù)合材料是ー種將碳纖維制成的網(wǎng)胎與網(wǎng)胎、或碳布與碳布、或網(wǎng)胎與碳布復(fù)合，再經(jīng)過增密、碳化和石墨化處理而成的碳/碳復(fù)合材料，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且兼具一定的保溫效果等優(yōu)良性能，特別適應(yīng)于高溫領(lǐng)域，現(xiàn)已成為或?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，是石墨制品的理想替代品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種保溫性能好的單晶爐傳動(dòng)軸及其生產(chǎn)方法。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，ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體，軸體內(nèi)設(shè)有通孔，所述的軸體采用碳/碳復(fù)合材料制成。本發(fā)明所述軸體的外徑為70 mm 150 mm,所述通孔的直徑為40 mm 100 mm。本發(fā)明為便于通孔內(nèi)的保溫材料在高溫下產(chǎn)生的氣體逸出，所述的軸體上設(shè)有與通孔相通的通氣孔。ー種如上所述單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟
⑴制坯將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3 0.6g/ cm 3的傳動(dòng)軸預(yù)制體；
⑵增密將步驟⑴所得的傳動(dòng)軸預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3
1.8g/ cm 3傳動(dòng)軸還體；
⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的傳動(dòng)軸坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸；
⑷純化將步驟⑶所得的傳動(dòng)軸坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C，保溫時(shí)間為2h 5h。ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體，軸體內(nèi)設(shè)有通孔,所述的軸體包括軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分，軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分采用石墨材料制成，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分采用碳/碳復(fù)合材料制成。本發(fā)明所述的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分為螺紋連接或榫卯連接。本發(fā)明所述軸體的外徑為70 mm 150 mm,軸體與爐外動(dòng)カ連接部分的通孔的直徑
為40腿 100腿。本發(fā)明便于通孔內(nèi)的保溫材料在高溫下產(chǎn)生的氣體逸出，所述的軸體上設(shè)有與通孔相通的通氣孔。ー種如上所述單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟
⑴制坯:
①軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分的制作按傳統(tǒng)エ藝生產(chǎn)制作石墨材料的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分；
②軸體與爐外動(dòng)カ連接部分的制作將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3 O. 6g/ cm 3的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分預(yù)制體；
⑵增密將步驟⑴所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3 I. 8g/ cm 3軸體與爐外動(dòng)カ連接部分還體；
⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸，即得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分；
⑷組合安裝將步驟⑶所得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分和步驟⑴所得石墨材料的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分采用螺紋連接或榫卯連接成傳動(dòng)軸成品；
(5)純化將步驟⑷所得的傳動(dòng)軸成品放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C，保溫時(shí)間為2h 5h。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，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用的碳/碳復(fù)合材料大大提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能，同時(shí)減少了單晶爐的熱量損耗，能耗降低了 3% 10 %，降低了生產(chǎn)成本。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。
實(shí)施例I :
由圖I可知，ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體1，軸體I內(nèi)設(shè)有通孔2，所述的軸體I采用碳/碳復(fù)合材料制成。本發(fā)明所述軸體I的長(zhǎng)為660 mm 900 mm (本實(shí)施例為660 mm)，外徑為70 mm 150mm (本實(shí)施例為80 mm)，所述通孔2的直徑為40 mm 100 mm (本實(shí)施例為52 mm)。本發(fā)明由于軸體I采用碳/碳復(fù)合材料，因此，所述通孔2的直徑與使用石墨材料相比，可以做得大ー些，以便于填充保溫材料。本發(fā)明為了便于通孔2內(nèi)的保溫材料(本實(shí)施例填充的為軟碳?xì)?在高溫下產(chǎn)生的氣體逸出，所述的軸體I上設(shè)有與通孔2相通的通氣孔3。ー種如上所述單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟
⑴制坯將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3
0.6g/ cm 3 (本實(shí)施例為O. 4g/ cm 3)的傳動(dòng)軸預(yù)制體；
⑵增密將步驟⑴所得的傳動(dòng)軸預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3
1.8g/ cm 3 (本實(shí)施例為I. 38g/ cm 3)傳動(dòng)軸坯體；
⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的傳動(dòng)軸坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸；
⑷純化將步驟⑶所得的傳動(dòng)軸坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C (本實(shí)施例為2100°C)，保溫時(shí)間為2h 5h (本實(shí)施例為2h)。本發(fā)明使用時(shí)，軸體I通過緊固件安裝固定在動(dòng)カ系統(tǒng)的錐形座內(nèi)，坩堝放在堝托上，由其下的軸體I帶動(dòng)堝托旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)坩堝一同旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明采用的碳/碳復(fù)合材料大大提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能，同時(shí)碳/碳復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能較石墨材料差，且通孔2內(nèi)填充的保溫材料減少了熱量損失，單晶爐的能耗降低了 3 % 10 %，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本。實(shí)施例2
由圖2可知，為節(jié)約成本，ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體1，軸體I內(nèi)設(shè)有通孔2，所述的軸體I包括軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5，軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4采用石墨材料制成，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5采用碳/碳復(fù)合材料制成。本發(fā)明所述軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5為螺紋連接或榫卯連接(本實(shí)施例為螺紋連接)，螺紋旋向與傳動(dòng)軸工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。本發(fā)明所述軸體I的長(zhǎng)為660 mm 900 mm (本實(shí)施例為810 mm)，外徑為70 mm 150mm(本實(shí)施例為90 mm)，其中軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5段的長(zhǎng)度為625 mm，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5段的通孔2的直徑為40 mm 100 mm(本實(shí)施例為58 mm)。本發(fā)明由于軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5采用碳/碳復(fù)合材料，因此，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5段的通孔2的直徑與使用石墨材料相比，可以做得大ー些，以便于填充保溫材料。本發(fā)明為了便于通孔2內(nèi)的保溫材料(本實(shí)施例填充的為軟碳?xì)?在高溫下產(chǎn)生的氣體逸出，所述的軸體I上設(shè)有與通孔2相通的通氣孔3。ー種如上所述的單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟
⑴制坯:
①軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4的制作按傳統(tǒng)エ藝生產(chǎn)制作石墨材料的軸體與爐內(nèi)坩禍連接部分4 ；
②軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5的制作將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3 O. 6g/ cm 3 (本實(shí)施例為O. 5g/ cm 3)的軸體與爐外動(dòng)力連接部分5預(yù)制體；
⑵增密將步驟⑴所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3 I. 8g/ cm 3 (本實(shí)施例為I. 49g/ cm 3)軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5坯體；
⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸，即得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5 ；
⑷組合安裝將步驟⑶所得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5和步驟⑴所得石墨材料的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4采用螺紋連接或榫卯連接(本實(shí)施例為螺紋連接)成傳動(dòng)軸成品，連接前，先將保溫材料(本實(shí)施例為軟碳?xì)?填充在軸體與爐外動(dòng)力連接部分5的通孔2內(nèi)；
(5)純化將步驟⑷所得的傳動(dòng)軸成品放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C (本實(shí)施例為2000°C)，保溫時(shí)間為2h 5h (本實(shí)施例為3h)。余同實(shí)施例I。實(shí)施例3:
由圖3可知，本發(fā)明所述的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分5為榫卯連接。本發(fā)明為了提高牢固性，所述的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分4和軸體與爐外動(dòng)カ連 接部分5的連接處設(shè)有銷釘6。余同實(shí)施例I、實(shí)施例2。
權(quán)利要求
1.ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體(1)，軸體(I)內(nèi)設(shè)有通孔(2)，其特征是所述的軸體(I)采用碳/碳復(fù)合材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶爐傳動(dòng)軸，其特征是所述軸體(I)的外徑為70mm 150mm，所述通孔(2)的直徑為40 mm 100 mm。
3.ー種單晶爐傳動(dòng)軸，它包括軸體(1)，軸體(I)內(nèi)設(shè)有通孔(2)，其特征是所述的軸體(I)包括軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分(4)和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)，軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分(4)采用石墨材料制成，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)采用碳/碳復(fù)合材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶爐傳動(dòng)軸，其特征是軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分(4)和軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)為螺紋連接或榫卯連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶爐傳動(dòng)軸，其特征是所述軸體(I)的外徑為70mm 150mm，軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)的通孔(2)的直徑為40 mm 100 mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的單晶爐傳動(dòng)軸，其特征是所述的軸體(I)上設(shè)有與通孔(2)相通的通氣孔(3)。
7.—種如權(quán)利要求I所述單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，其特征是它包括以下步驟 ⑴制坯將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3 0.6g/ cm 3的傳動(dòng)軸預(yù)制體； ⑵增密將步驟⑴所得的傳動(dòng)軸預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3 1.8g/ cm 3傳動(dòng)軸還體； ⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的傳動(dòng)軸坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸； ⑷純化將步驟⑶所得的傳動(dòng)軸坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C，保溫時(shí)間為2h 5h。
8.—種如權(quán)利要求3所述的單晶爐傳動(dòng)軸的生產(chǎn)方法，其特征是它包括以下步驟 ⑴制坯 ①軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分(4)的制作按傳統(tǒng)エ藝生產(chǎn)制作石墨材料的軸體與爐內(nèi) 甘禍連接部分(4)； ②軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)的制作將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺復(fù)合制成表觀密度為O. 3g/ cm 3 O. 6g/ cm 3的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)預(yù)制體； ⑵增密將步驟⑴所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)預(yù)制體按傳統(tǒng)エ藝經(jīng)化學(xué)氣相滲透和/或化學(xué)氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，制成表觀密度為I. Og/ cm 3 I. 8g/ cm 3軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)坯體； ⑶機(jī)加工將步驟⑵所得的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)坯體機(jī)加工成所需的形狀和尺寸，即得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)； ⑷組合安裝將步驟⑶所得碳/碳復(fù)合材料的軸體與爐外動(dòng)カ連接部分(5)和步驟⑴所得石墨材料的軸體與爐內(nèi)坩堝連接部分(4)采用螺紋連接或榫卯連接成傳動(dòng)軸成品； (5)純化將步驟⑷所得的傳動(dòng)軸成品放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜，純化溫度為1600°C 2600°C，保溫時(shí)間為2h 5h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種保溫性能好的單晶爐傳動(dòng)軸及其生產(chǎn)方法，它包括軸體(1)，軸體(1)內(nèi)設(shè)有通孔(2)，其特征是所述的軸體(1)或軸體與爐外動(dòng)力連接部分(5)采用碳/碳復(fù)合材料制成，經(jīng)制坯、增密、機(jī)加工、純化，或制坯、增密、機(jī)加工、組合安裝、純化工序加工而成，本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用的碳/碳復(fù)合材料大大提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能，同時(shí)減少了單晶爐的熱量損耗，能耗降低了3﹪～10﹪，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C30B15/30GK102619863SQ20121009912
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者廖寄喬, 李軍, 王躍軍, 邰衛(wèi)平, 龔玉良 申請(qǐng)人:湖南金博復(fù)合材料科技有限公司