[发明专利]高温炉用固化碳纤维保温材料及其生产工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高温炉用保温材料，具体地说是一种高温炉用固 化碳纤维保温材料及其生产工艺。

背景技术：

单晶炉、多晶硅铸锭炉及粉末冶金烧结炉工作时，炉内温度最高 达1600℃以上，为减少热损失，降低能耗，保证炉内温度满足工艺 要求，离不开既能耐高温又具有良好保温性能的耐火保温材料作炉 衬。目前，如单晶炉其炉衬一般由石墨制品和软炭毡组成，将软炭毡 包裹在圆筒状的石墨筒上，再用钼丝系紧；炉底和炉顶则先垫几层软 炭毡，再盖石墨盖板。由于石墨制品强度不好，往往设计得较厚，重 量较大，吸收能量较多，且挤占空间；此外，石墨制品容易破损，使 用寿命较短，更换频繁；大尺寸的石墨制品成形加工也较困难，难以 满足生产的需求；在包裹软炭毡时，会产生大量碳尘，污染环境，刺 激人的皮肤和渗入到人的呼吸系统，影响工人健康；此外，软炭毡在 使用过程中容易损坏，包裹时操作麻烦，费时费力。专利申请号为 200710017915.3，公开日为2007年10月31日的专利申请，公开了 一种单晶硅拉制炉用炭/炭保温罩的制备方法，该方法采用炭纤维无 纬布与薄炭纤维网胎交替环向缠绕，径向针刺制成低密度准三向保温 罩预制体；通过糠酮树脂真空浸渍、固化和炭化致密保温罩预制体， 反复致密2～4次，达到密度≥1.2g/cm³时，致密工艺结束，在通入 氯气或氟利昂的条件下，进行高温纯化处理，机加工后即制备单晶拉 制炉用炭/炭保温罩。其过程较为复杂，周期较长；要通入氯气和氟 利昂对制品进行纯化处理，对环保带来一定的压力，在人们环保意识 日益增强的今天，这也是人们所不希望的，产品保温性能欠佳，其导 热系数为6W/mK-10W/mK(300K)(见实施例)。

专利申请号为200610136811.X，公开日为2007年07月11目的 专利申请，公开了一种硅晶体生长炉用高纯固化炭毡制造方法，该方 法选择金属杂质含量低的软的毡体作坯体材料，高温预处理使之成为 石墨毡体；用石墨毡体制作坯体；对均匀渗入固化剂的坯体进行固化 定型；炭化处理坯体；再对坯体进行化学气相预沉积；对零件的部分 需切削加工的表面进行机械切削加工；再对坯体高温处理，去除金属 杂质和挥发分；对出炉后的零件已加工面进行表面深层处理及零件的 表面强化处理，提高坯体表面抗侵蚀能力。该方法在对坯体进行化学 气相预沉积前，要先进行坯体材料高温预处理；然后再将经高温预处 理的毡体制成坯体，继而还要对坯体进行固化定型及炭化处理，过程 较为复杂，周期较长，且在处理过程中也可能将杂质带入坯体中。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单、导热系数小的高温炉用固化 碳纤维保温材料及其生产工艺。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种高温炉用固 化碳纤维保温材料的生产工艺，它包括以下步骤：

(1)预制体制备：

①开松成网：选取6mm-70mm长的短碳纤维，经开松设备开松成 蓬松的针状纤维，然后把开松好的碳纤维经气流成网和/或梳理成网， 再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎；

②叠层复合：把所得的网胎根据所需要求，通过针刺使之复合， 制成板状或条状或圆筒状等预制体；

(2)增密：将步骤(1)所得的预制体经化学气相沉积增密，并经石墨 化处理，制成保温材料坯体；

(3)热振纯化：将步骤(2)所得保温材料坯体放入高温炉中，在真空 或保护气氛条件下进行热振纯化处理，制成固化碳纤维保温材料；

(4)机加工：将步骤(3)所得固化碳纤维保温材料机加工成所需形状 和尺寸的制品。

本发明为使步骤(4)所得固化碳纤维保温材料制品不掉灰，并增加 其抗腐蚀和抗冲刷的能力，进行步骤(5)表面处理，即将步骤(4)所得制 品进行化学气相沉积处理，使制品的表面形成一层10mm-50mm厚的 沉积碳，温度1100℃-1300℃，时间5小时-30小时。

本发明为去除机加工过程中可能带进的杂质，进行步骤(6)净化， 即将步骤(5)所得制品在真空或保护气氛条件下进行净化处理，以去除 机加工过程中可能带进的杂质，温度为1800℃-2300℃，保温时间 为1h-3h。

本发明在步骤(1)开松成网中，所述网胎的面密度为30g/m²- 130g/m²。