[发明专利]一种单晶炉导流筒的制作方法

说明书

技术领域

[0001] 一种单晶炉导流筒的制作方法 

背景技术

[0002] 单晶炉在拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块的石英坩锅放入位于埚托之上的石墨坩埚托内，在氢或氮气保护气体中靠石墨加热器加热，将多晶硅材料熔化，当温度达到工艺要求时，引晶经导流筒插入熔融多晶硅液体中，使多晶硅按引晶的硅原子排列顺序结晶，凝固成单晶硅。 

 目前单晶炉导流筒普遍采用高纯石墨和C/C复合材料制备而成，主要起高温气体的导流作用。即要求其良好的耐热性能、力学性能和抗氧化性能，又要具有一定的保温隔热性能和抗裂性能，以保持导流筒内单晶硅棒区与熔融的多晶硅的温差。 

 由于石墨制品保温隔热性能差、抗震性能差、使用寿命短。此外，大尺寸导流筒成型困难、耗材较多、成本高、生产周期长。炭/炭复合材料导流筒是以网胎与网胎、或炭布在模具上针刺成型，这种成型方式存在缝口或接头，使用过程中，容易出现裂缝。裂缝会随着使用炉数增加逐渐增大，使用寿命一般在30炉次左右，寿命比较短。此外，单晶炉出炉温度是300℃，炉内实际温度仍在300℃以上，使得导流筒容易出现加大热胀冷缩，更容易出现裂缝；同时会发生氧化现象。 

发明内容

针对上述现有技术成本太高、生产周期长，使用寿命短的不足，本发明的目的在于提供一种单晶炉导流筒制作方法。该方法以碳纤维短丝为基体材料制作的导流筒，其强度、抗裂、抗震、隔热和抗氧化性能优异，使用寿命得以延长；而且导热系数和密度均较低，安装和更换方便。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种单晶炉导流筒的制作方法，其步骤是：

a.在模具表面涂刷脱模剂，脱模剂厚度为0.2~0.5mm； 

b.将碳纤维短丝填入模具中，充满模腔；然后由浇铸口灌入粘接剂，待模具下端流口有粘接剂流出时开始施加500~1000Mpa压力； 

c.固化处理，将加压后的模具转入烘箱内固化处理，快速升温至180℃，保温10h后取出，自然降温至50~60℃开始脱模，取出导流筒毛胚；

d.一次刷胶，在毛胚表面再均匀滚刷2-5kg粘接剂后，入烘箱固化处理，固化温区同c；

e.一次碳化，将毛胚置于氮气气氛下碳化处理，升温速率为30~60℃/h，最高温度为600℃，然后停止加热，随炉降温至70℃以下出炉；

f.机加工，按照导流筒技术要求加工成型；

g.二次刷胶-固化处理，工艺同c、d，胶量控制在2kg以内；

h.二次碳化，碳化处理温度为800℃，碳化前须先低温200℃预热，以防止由于快速升温引起导流筒热胀冷缩产生裂缝，然后再以50℃/h逐渐升温至800℃，停止加热，随炉降温至70℃以下出炉，整个过程均在氮气气氛下进行；

i.一次涂层处理，先将成型导流筒毛胚表面用200目砂纸打磨光滑、平整，然后进行涂层处理；涂层材料为：800目石墨粉，400目碳纤维，环氧树脂，固化剂，甲醇；将涂层材料依序按照10:10:50:3:27的比例搅拌均匀，涂层要求均匀，厚度控制在0.5mm以内，经固化（c）处理后进行下一道工序；

j.三次碳化，处理温度为800~1000℃，碳化工艺与二次碳化工艺相同；

k.气相沉积处理，采用氩气保护，在化学气相沉积炉内处理60h,对材料表面微小孔隙进行填充；

l.二次涂层，在原有涂层材料中加入800目SiC粉，按照3%的比例加入并搅拌均匀，涂层厚度不能超过0.2mm；

m.高温处理，在真空炉中高温处理，真空度为20Pa，以100℃/h的速率升至1600℃，再以50℃/h的速率升至2200℃，降温阶段，当温度降至1000℃以下，导入氮气，降温至70℃可出炉。

上述的粘接剂至少为树脂、稀释剂和固化剂中的一种，树脂为100份，稀释剂50-400份，固化剂为2-15份。 

上述树脂为酚醛树脂或是呋喃树脂，稀释剂为工业乙醇、甲醇和丙酮，固化剂为苯磺酰氯、甲苯磺酰氯、六亚甲基四胺、对甲苯磺酸、硫酸乙酯和石油磺酸。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

1．废物利用，利用价格低廉的碳纤维材料边角料，经短切、研磨制成1~8mm短切炭纤维为基础材料。成本低廉、工艺简单、环保以及保温性能优良。

2．采用工艺简单且生产周期短的模压成型方式制成导流筒胚体，由于是整体式成型，使用过程中不会出现裂缝或裂纹现象。