[发明专利]单晶炉导流筒及其生产工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种单晶炉热场零件，具体地说是一种单晶炉导流筒及其生产工艺。

背景技术：

单晶炉拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块等原料的石英坩埚放入位于埚托之上的石墨坩埚托内，在保护性气氛中加热熔化，调控到工艺温度后，籽晶经导流筒插入熔融多晶硅液中，与坩埚作逆向旋转并向上提升，使多晶硅液按籽晶的硅原子排列顺序结晶凝固成单晶硅棒。目前单晶炉导流筒普遍由石墨制成，在单晶硅棒拉制过程中，起着高温气体导流的作用。既要求其具有良好的耐热性能和力学性能，又要有一定的保温性能，以保持导流筒内单晶硅棒区与熔融的多晶硅液区的温差。由于石墨制品强度低，其抗折强度为13MPa左右，导热系数为140W/mK左右，抗热震性能较差，使用寿命较短；此外，大尺寸导流筒成形困难，耗材较多，难以满足单晶硅生产发展的需要。炭/炭复合材料是一种将炭纤维制成的网胎与网胎、或炭布与炭布、或网胎与炭布复合，再经过增密、炭化和石墨化处理而成，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐烧蚀、热膨胀系数小、耐急冷急热而不变形不开裂等优良性能，特别适应于高温领域，现已成为或将逐步成为航空航天、冶金、新能源等领域的重要基础材料之一。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用炭/炭复合材料加工制成的单晶炉导流筒及其生产工艺。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种单晶炉导流筒，其导流筒由炭/炭复合材料加工制成。

一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制坯一增密一纯化一机加工制成。

本发明所述导流筒包括表层和里层，表层的表观密度为1.2g/cm³～1.7g/cm³，里层的表观密度为0.4g/cm³～0.9g/cm³。

本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观密度出现较大差异，在表层与里层之间设有缓渗层。

本发明所述的缓渗层为膨胀石墨纸或硫酸纸，为使表层与里层结合紧密、牢固，在膨胀石墨纸或硫酸纸上设有孔。

本发明所述单晶炉导流筒的生产工艺，它包括以下步骤：

(1)制坯：将由炭纤维制成的网胎与炭布通过针刺使之复合成毡，作为表层，与作为里层的网胎层层缠绕后针刺复合，制成导流筒预制体；

(2)增密：将步骤(1)所得的导流筒预制体经化学气相渗透(沉积)和/或液体浸渍增密，制成所需要求的导流筒坯体；

(3)纯化：将步骤(2)所得的导流筒坯体放入高温炉中，在真空条件下加热去除其中杂质；

(4)机加工：将步骤(3)所得导流筒坯体机加工成所需形状和尺寸的导流筒。

本发明在加工时，为减缓里层的增密速度，使表层与里层的表观密度出现较大差异，在步骤(1)中将作为表层的毡、缓渗层及里层层层缠绕后针刺复合，然后再在其上依次缠绕缓渗层、作为表层的毡进行针刺复合，制成导流筒预制体。

本发明在步骤(1)中，所述网胎的面密度为20g/m²～160g/m²，炭布的面密度为200g/m²～320g/m²，制成的导流筒预制体，其表观密度为0.25g/cm³～0.58g/cm³。

本发明在步骤(2)中，导流筒坯体的表观密度达到0.8g/cm³～1.4g/cm³。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，其工艺合理，因导流筒表层为高密度(1.2g/cm³～1.7g/cm³)的炭/炭复合材料，其抗折强度为110MPa左右，导热系数仅为10W/mK左右，而里层为低密度(0.4g/cm³～0.9g/cm³)的炭/炭复合材料，导热系数仅为0.8W/mK左右，因此，导流筒综合性能好，既具有足够的强度和耐磨性，又具有较好的抗热震性和保温性能；同时，较之石墨导流筒，减小了导流筒壁厚，减轻了导流筒质量，其自身耗能也减少。

附图说明：

附图是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

由附图可知，一种单晶炉导流筒，其导流筒由炭/炭复合材料加工制成。

一种单晶炉导流筒，它由炭纤维经制坯-增密-纯化-机加工制成。