[发明专利]一种固化碳纤维毡及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固化碳纤维毡及其制备方法。该方法主要基于发泡原理来实现碳纤维在固化碳纤维毡中的均匀分布以及获得密度非常低的固化碳纤维毡，固化碳纤维毡的密度为0.18g/cm³～0.22g/cm³，导热系数为0.19W/mk～0.22，灰分≤28ppm，比热量为0.35～0.65J/g·k；特别适合真空电阻炉、感应炉、烧结炉、热处理炉等热场中应用。

技术领域

本发明涉及一种碳毡，尤其涉及一种低密度以及高热性能的固化碳纤维毡，还涉及其制备方法，属于碳毡制备技术领域。

背景技术

在半导体和太阳能行业，单晶硅和多晶硅是一种很重要的半导体材料。工业生产中，对半导体和太阳能用的单晶硅和多晶硅要求纯度非常高。所以，生产单晶硅和多晶硅的高温炉，其保温材料普遍采用碳纤维毡作为隔热层。碳纤维毡分为软毡和固化碳毡，软毡就是碳纤维直接针刺成的毡，密度0.1g/cm³以下，质地较软。固化碳毡是在软毡基础上，碳纤维表面被树脂热解碳包覆，密度在0.3g/cm³以上，质地较硬。其中固化碳毡相对于软毡具有低挥发性、自支撑作用、安装更换方便等优点，广泛应用在真空高温炉和惰性气氛保护炉中。

目前，制备固化碳毡方法有三种。一是将多层软毡叠层后浸渍到树脂溶液中，然后进行沥干、碳化。二是将树脂刷涂在软毡的表面，然后一层一层粘接起来，碳化之后得到固化碳毡。三是将碳纤维网胎一层一层针刺到相应模具内，取出进行短时间碳气相沉积，再机加工得到固化碳纤维毡。第一种方法，由于多层软毡叠层接触区域纤维密度较大，树脂容易堆积，造成固化碳毡密度不均匀，隔热性能较差。第二种方法由于树脂刷涂在软毡表面，软毡内部树脂含量很少，或者几乎没有树脂，造成制备出来的固化碳毡自支撑性弱，影响安装精度。第三种方法很难制做大型和异型的产品，且生产成本高，周期长，难以控制密度。

中国专利CN100567217C提出了一种硅晶体生长炉用的高纯固化炭毡制备方法，高温预处理使产品成为石墨毡体；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。该方法制备的固化炭毡导热系数低，节能保温效果好，轻质高强，质量稳定，使用可靠，金属杂质含量可控制在300ppm甚至100ppm以内，但是仍然存在产品制备工艺复杂、产品保温效果差的缺点。

中国专利CN202430447U提出了一种双面斜刺制备预氧丝厚毡的设备，升降机构驱动连接升降板本实用新型的双面针刺设备，节省工艺流程，均匀性强，操作方便，可以连续生产，生产效率高，适合批量生产。但是此种设备制备过程仍然为传统碳毡生产工艺，生产过程中存在工艺复杂、产品保温效果差的缺点。

中国专利CN102505340A提出了一种制备预氧丝厚毡的方法，通过该方法可以制得均一性好的预氧丝整体毡，经过后期的碳化处理和高温化处理后，可以得到保温性能优异、使用寿命长的碳纤维隔热毡。本发明的设备结构简单，操作简单，可以连续生产，生产效率高，适合批量生产。但是此种方法仍然具有产品性能差，生产连续性有限等缺点。

发明内容

针对现有技术制备的固化碳纤维毡存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种具有低密度以及高热性能的固化碳纤维毡，该固化碳纤维毡的密度为0.18g/cm³～0.22g/cm³，导热系数为0.19W/mk～0.22W/mk，灰分≤28ppm，比热量为0.35J/g·k～0.65J/g·k，满足真空电阻炉、感应炉、烧结炉、热处理炉等热场中应用要求。

本发明的第二个目的是在于提供一种基于发泡原理制备固化碳纤维毡的方法，该方法步骤简单、成本低，适宜于工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种固化碳纤维毡的制备方法，该方法包括以下步骤：