用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件技术

本申请涉及涂层技术领域，具体公开了一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件，所述涂层组合物由粉料和有机溶剂制得，所述粉料由包括以下重量份的原料得到：68

【技术实现步骤摘要】
用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件


[0001]本申请涉及涂层
，更具体地说，它涉及一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件。

技术介绍

[0002]随着单晶硅在电子、太阳能光伏行业的应用日益广泛，其主要的生产设备
‑
晶硅炉如单晶硅拉制炉也得到迅速发展。保温筒作为单晶硅拉制炉中重要的热场部件，对晶体的生产具有很大的影响，其在单晶硅拉制炉中的主要作用是保温隔热，减少热量散失。
[0003]碳/碳复合材料是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点，碳 /碳复合材料由于上述特点被广泛应用于单晶硅热场材料领域，主要用于制作保温筒、导流筒、盖板等热场部件。
[0004]由于保温筒使用条件严苛，需要在高温硅蒸汽条件下使用，高温下的熔融硅挥发出的硅蒸汽及一氧化硅气体会扩散至保温筒的表面，长时间腐蚀作用会使保温筒表面逐渐形成坑洞。因此，为了提高保温筒在高温硅蒸汽条件下的抗腐蚀能力，制备高效抗硅腐蚀的涂层材料对延长保温筒的使用寿命有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了提高热场部件对于硅蒸汽的抗腐蚀性能，本申请提供一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件。
[0006]第一方面，本申请提供一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，采用如下的技术方案：一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，由粉料和有机溶剂制得，所述粉料由包括以下重量份的原料得到：68
‑
75份石墨粉末；5
‑
7份酚醛树脂；13
‑
16份硅源粉末；1
‑
3份六亚甲基四胺；5.5
‑
7.5份三氧化二铝粉末。
[0007]通过采用上述技术方案，高温下硅蒸汽和一氧化硅气体冲刷碳/碳复合材料基体表面并逐渐渗入内部，降温过程中，含硅气体与空气中氧气反应，并由表面孔隙逐渐渗入碳/碳复合材料基体内部，凝华形成二氧化硅固体，凝华过程物质体积的增加，使得碳/碳复合材料内部体积膨胀，从而导致产品表观上开裂掉渣。因此，本申请中为了实现碳/碳复合材料在高温硅蒸汽冲刷下不开裂掉渣的目的，添加有石墨粉末、硅源粉末以及三氧化二铝粉末。混合粉末在高温下形成碳化硅和硅酸铝，有效填补碳/碳复合材料基材表面孔隙，起
到提高产品表面致密性的作用，从而阻挡高温时硅蒸汽对于碳/碳复合材料基材表面孔隙的渗透，抑制由于硅蒸汽等气体渗入碳/碳复合材料基体内部形成固体导致的体积膨胀，从而达到提高热场部件对硅蒸汽抗腐蚀性能的目的。
[0008]另外，本申请原料体系中还添加有酚醛树脂和六亚甲基四胺，酚醛树脂在起到成膜作用的同时还与六亚甲基四胺交联形成大分子结构，对石墨粉末、硅源粉末以及三氧化二铝粉末起到更好的粘连作用，增加涂层的粘附性能，降低粉末在高温处理前的脱落量，有利于高温下涂层中各物质反应，提高最终涂层的防腐蚀性能。由于酚醛树脂和六亚甲基四胺的碳化作用，有效填补了碳/碳复合材料基体孔隙，进一步提高碳/碳复合材料对于硅蒸汽的抗腐蚀性能。
[0009]可选的，所述硅源粉末为硅灰、二氧化硅或气相二氧化硅。
[0010]可选的，所述硅源粉末选用气相二氧化硅。
[0011]通过采用上述技术方案，当硅源粉末选用气相二氧化硅时，不仅可以作为硅源物质与石墨粉末和三氧化二铝粉末分别形成碳化硅和硅酸铝，同时起到触变剂的作用，涂层组合物涂覆在碳/碳复合材料表面时具有一定流动性，且涂覆之后涂层稠度大，涂层组合物流动性能低。解决人工涂覆涂料时，由于涂料流动性导致涂层涂覆不均匀的现象，减小对硅源粉末、石墨粉末以及三氧化二铝粉末分散均匀性的影响。
[0012]涂层组合物中气相二氧化硅有助于降低涂覆时料浆的流动性，保证硅源粉末、石墨粉末以及三氧化二铝粉末的分散均匀性，使得碳/碳复合材料表面碳化物和硅酸铝均匀分布，具备更好的抗腐蚀性能。此外，由于气相二氧化硅是一种纳米硅源，粒径较小，最终填补效果更好。
[0013]可选的，所述有机溶剂和粉料的质量比为(3.5
‑
4.5)：1。
[0014]通过以上技术方案，有机溶剂的加入，能有效提高酚醛树脂的流动性，从而有利于石墨粉末、三氧化二铝粉末和硅源粉末在酚醛树脂溶液中的分散，最终获得黏度适合的涂层组合物，并且提高石墨粉末、三氧化二铝粉末和硅源粉末等核心成分在碳/碳复合材料表面的附着，减少高温处理前有效物质的损失，使涂层性能更好的保留，最终碳/碳复合材料的耐硅腐蚀性能更好，使用寿命更长。
[0015]可选的，所述粉料由包括以下重量份原料制得：70.5
‑
71.5份石墨粉末；5.5
‑
6.5份酚醛树脂；14
‑
15份硅源粉末；1.5
‑
2.5份六亚甲基四胺；6
‑
7份三氧化二铝粉末。
[0016]可选的，所述粉料还包括0.2
‑
0.5份羟乙基纤维素；和/或0.04
‑
0.1份铝酸酯类偶联剂或铝酸锆偶联剂。
[0017]通过采用上述技术方案，羟乙基纤维素有助于提高石墨粉末、硅源粉末以及三氧化二铝粉末在酚醛树脂体系中的分散性，使高温处理后碳/碳复合材料产品表面生成的碳化物和硅酸铝的分布更加均匀，最终提高碳/碳复合材料产品表面的致密性及防硅蒸汽腐蚀性。
[0018]铝酸酯类偶联剂或铝酸锆偶联剂的添加有利于促进石墨粉末、硅源粉末以及三氧
化二铝粉末与酚醛树脂之间的相容，提高涂层在碳/碳复合材料产品表面的附着能力。而且，可能由于铝酸锆偶联剂高温后形成铝酸锆，铝酸锆与硅源粉末和石墨粉末相互作用，最终形成碳化锆和硅酸铝，申请人发现添加上述偶联剂后的防腐性能更优。另外，通过对偶联剂添加量的控制，能够防止铝元素与锆元素热膨胀系数差异导致的涂层易脱落问题。
[0019]可选的，所述有机溶剂为乙醇。
[0020]通过采用上述技术方案，乙醇作为有机溶剂，改善酚醛树脂的流动性，有助于硅源粉末、三氧化二铝粉末以及石墨粉末在树脂体系中的均匀分散，使最终得到的涂层更加均匀致密，具有良好抗硅蒸汽腐蚀性能。
[0021]第二方面，本申请提供一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物的制备方法，采用如下的技术方案：一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物的制备方法，包括以下步骤：将有机溶剂与酚醛树脂混合，加入六亚甲基四胺，加热搅拌后得到初混溶液；将石墨粉末、硅源粉末和三氧化二铝粉末混合得到混合粉末；将混合粉末分散到初混溶液中，搅拌，得到涂层组合物。
[0022]通过采用上述技术方案，本申请提供的方法简单方便，易于实现产业化。
[0023]第二方面，本申请提供一种热场部件，采用如下的技术方案：一种热场部件，由以下方法处理得到：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，其特征在于，由粉料和有机溶剂制得，所述粉料由包括以下重量份的原料得到：68
‑
75份石墨粉末；5
‑
7份酚醛树脂；13
‑
16份硅源粉末；1
‑
3份六亚甲基四胺；5
‑
7.5份三氧化二铝粉末。2.根据权利要求1所述的一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，其特征在于：所述硅源粉末为硅灰、二氧化硅或气相二氧化硅。3.根据权利要求1所述的一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，其特征在于：所述有机溶剂和粉料的质量比为（3.5
‑
4.5）：1。4.根据权利要求1所述的一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇。5.根据权利要求1所述的一种用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物，其特征在于：所述粉料由包括以下重量份原料制得：5
‑
71.5份石墨粉末；5
‑
6.5份酚醛树脂；14
‑
15份硅源粉末；5
‑
2.5份六亚甲基四胺；6
‑
7份三氧化二铝粉末。6.根据权利要求1所述的一种用于提高碳/碳复...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊乾国，薛蕊楠，侯光远，王小安，杨浩，魏益强，张利博，
申请(专利权)人：陕西美兰德炭素有限责任公司，
类型：发明
国别省市：