一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备及方法技术

本申请公开了一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备及方法，包括多料柱高层数的CVD气相沉积炉，CVD气相沉积炉包括料柱、向料柱通入碳源气体的进气装置以及向料柱提供反应热场的热场装置，料柱包括内限气装置和外限气装置，外模或保温筒作为外限气装置，内层埚帮或外导流筒作为内限气装置，内层埚帮或外导流筒由外层埚帮套装，在内层埚帮或外导流筒与外层埚帮之间、外层埚帮与外模或保温筒之间均形成气流通道，外层埚帮位于双气流通道中，内层埚帮或外导流筒位于单气流通道中。上述设备通过简化工装及大幅减少工装数量形成单通道定向气流快速沉积，能有效避免高温高压大流量快速沉积工装积碳后拆卸困难、清理困难和清理后工装损坏率较高等问题。后工装损坏率较高等问题。后工装损坏率较高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备及方法


[0001]本申请涉及碳碳热场材料制备
，特别涉及一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备及方法。

技术介绍

[0002]大型筒状碳碳热场材料主要包括埚帮、导流筒、保温筒等，主要用于光伏或半导体硅单晶拉制炉。
[0003]单晶硅直拉炉用碳碳热场材料的制备工艺主要有纯CVI工艺和CVI与树脂或沥青浸渍相结合的复合增密工艺两种。纯CVI工艺使用网胎+平纹布+缠绕丝叠层针刺的碳纤维预制体作为增强骨架，经过多次CVI增密和机加去壳循环，达到一定密度后进行高温热处理，加工至成品尺寸后进行热解碳涂层得到碳碳筒；CVI与液相浸渍复合工艺使用网胎+平纹布+缠绕丝叠层针刺的碳纤维预制体作为增强骨架，经过多次CVI增密和机加去壳循环，达到一定密度后，再经过多次树脂浸渍碳化循环，达到一定密度后进行高温热处理，加工至成品尺寸后进行热解碳涂层得到碳碳筒。
[0004]制备碳碳热场材料的纯CVI工艺有三种，第一种是单料柱低层数(1料柱3层以下)等温等压CVI工艺，以单料柱立式圆柱形沉积炉和卧式方形铸锭炉改造后的沉积炉为主，一般沉积循环为2
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3次(1
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2次沉积+1次涂层)，总沉积时间300
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400小时；第二种是多料柱低层数(7料柱3层以下)等温等压CVI工艺，一般使用立式圆柱形CVD炉，一般沉积循环为2
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3次(1
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2次沉积+1次涂层)，总沉积时间400
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500小时；第三种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺，一般使用立式圆柱形CVD炉，一般沉积循环为3
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4次(2
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3次沉积+1次涂层)，总沉积时间700
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900小时。
[0005]制备碳碳热场材料的CVI与液相浸渍复合工艺有两种，第一种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合树脂浸渍碳化工艺，一般沉积循环为2
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3次(1
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2次沉积+1次涂层)，树脂浸渍碳化循环2
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3次，总沉积时间300
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400小时；第二种是多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合沥青浸渍碳化工艺，一般沉积循环为2
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3次(1
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2次沉积+1次涂层)，沥青浸渍循环3
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4次，总沉积时间300
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400小时。
[0006]CVI工艺对碳纤维损伤最小，而且热解碳与碳纤维的界面结合强度高，因此针刺预制体+纯CVI工艺制备的碳碳热场材料在同等密度下比液相浸渍工艺增密的碳碳热场材料的力学强度高、抗腐蚀性强且使用寿命长，但纯CVI工艺时间长，通常要2～3月，1.3g/cm3以上密度的材料成本比较高。单料柱低层数(1料柱3层以下)等温等压CVI工艺时间较短，通常300
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400小时，制备的材料密度高且合格率高，但材料单位能耗最高和单位设备折旧最高。多料柱低层数(7料柱3层以下)等温等压CVI工艺时间偏短，通常400
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500小时，制备的材料密度高且合格率高，但单位材料能耗较高和设备折旧较高。多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺时间较长，沉积循环次数3
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4次(2
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3次沉积+1次涂层)，总沉积时间通常700
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900小时，制备的材料密度低且合格率低，单位材料能耗低和设备折旧高。多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺需要最少2次沉积循环，每个沉积循环的沉积时间为
240小时，且二次沉积的密度合格率(密度1.30以上)仅为50％左右。多料柱高层数(7料柱6层以上)使用复杂限气工装可以大幅缩短总沉积时间至260
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300小时，但料柱搭建较为复杂，沉积后工装积碳造成拆卸、清理困难及工装损坏。
[0007]针刺预制体CVI沉积至一定密度再多次浸渍碳化工艺能提高产品密度及密度均匀性，但材料制备周期长，通常要3
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4个月，浸渍对纤维损伤大材料力学性能差及脆性大，材料成本高且环境污染较大。多料柱高层数(7料柱6层以上)等温等压CVI工艺复合树脂浸渍碳化工艺时间长，通常沉积200
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300小时沉积加2
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3次树脂浸渍，制备的材料密度高且合格率高，但单位材料能耗高和设备折旧高。

技术实现思路

[0008]本申请的目的是提供一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备，通过简化工装及大幅减少工装数量形成单通道定向气流快速沉积，能有效避免高温高压大流量快速沉积工装积碳后拆卸困难、清理困难和清理后工装损坏率较高等问题。本申请的另一目的是提供一种利用上述设备的在立式CVD炉中制备筒状热场材料的方法。
[0009]为实现上述目的，本申请提供一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备，包括多料柱高层数的CVD气相沉积炉，所述CVD气相沉积炉包括料柱、向所述料柱通入碳源气体的进气装置以及向所述料柱提供反应热场的热场装置，所述料柱包括内限气装置和外限气装置，外模或保温筒作为所述外限气装置，内层埚帮或外导流筒作为所述内限气装置，所述内层埚帮或外导流筒由外层埚帮套装，在所述内层埚帮或外导流筒与所述外层埚帮之间、所述外层埚帮与所述外模或保温筒之间均形成气流通道，所述外层埚帮位于双气流通道中，所述内层埚帮或外导流筒位于单气流通道中。
[0010]在一些实施例中，所述CVD气相沉积炉的多料柱高层数为7料柱8层；所述料柱的数量为7，每一所述料柱的层数为8；每一所述料柱的每两层作为一个整体在高度方式上堆叠四次，并且每两层由单独的所述外模或保温筒支撑，并且该两层在高度方向上成正反叠放。
[0011]在一些实施例中，每一所述料柱分为具有若干层的上部分和具有若干层的下部分，所述上部分和所述下部分的层数均为4；所述下部分与所述上部分具有连通的供气主路，所述下部分还设置有连通至所述上部分的补气管路，所述补气管路位于中心位置；每个所述料柱独立供气，所述料柱的上部分和下部分均独立供气。
[0012]在一些实施例中，所述CVD气相沉积炉还包括集气罩以及在每个所述料柱中心上方设置的出气口；所述出气口的数量为7；所述集气罩与所述出气口连通。
[0013]在一些实施例中，所述CVD气相沉积炉还包括预热工装，所述预热工装设置于所述料柱的底部，所述预热工装用于给气体预热至气体裂解温度范围。
[0014]在一些实施例中，所述设备还包括与所述集气罩连通的焦油冷凝系统和粉尘过滤系统。
[0015]在一些实施例中，所述预热工装的内部形成有两条气体路径；第一条气体路径成S形且与所述下部分的供气主路连通，第二条气体路径位于中心位置，第二条气体路通过所述补气管路与所述上部分连通。
[0016]在一些实施例中，所述CVD气相沉积炉还包括形成容纳所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的设备，包括多料柱高层数的CVD气相沉积炉，所述CVD气相沉积炉包括料柱、向所述料柱通入碳源气体的进气装置以及向所述料柱提供反应热场的热场装置，其特征在于，所述料柱包括内限气装置和外限气装置，外模或保温筒作为所述外限气装置，内层埚帮或外导流筒作为所述内限气装置，所述内层埚帮或外导流筒由外层埚帮套装，在所述内层埚帮或外导流筒与所述外层埚帮之间、所述外层埚帮与所述外模或保温筒之间均形成气流通道，所述外层埚帮位于双气流通道中，所述内层埚帮或外导流筒位于单气流通道中。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述CVD气相沉积炉的多料柱高层数为7料柱8层；所述料柱的数量为7，每一所述料柱的层数为8；每一所述料柱的每两层作为一个整体在高度方式上堆叠四次，并且每两层由单独的所述外模或保温筒支撑，并且该两层在高度方向上成正反叠放。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，每一所述料柱分为具有若干层的上部分和具有若干层的下部分，所述上部分和所述下部分的层数均为4；所述下部分与所述上部分具有连通的供气主路，所述下部分还设置有连通至所述上部分的补气管路，所述补气管路位于中心位置；每个所述料柱独立供气，所述料柱的上部分和下部分均独立供气。4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述CVD气相沉积炉还包括集气罩以及在每个所述料柱中心上方设置的出气口；所述出气口的数量为7；所述集气罩与所述出气口连通。5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述CVD气相沉积炉还包括预热工装，所述预热工装设置于所述料柱的底部，所述预热工装用于给气体预热至气体裂解温度范围。6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括与所述集气罩连通的焦油冷凝系统和粉尘过滤系统。7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述预热工装的内部形成有两条气体路径；第一条气体路径成S形且与所述下部分的供气主路连通，第二条气体路径位于中心位置，第二条气体路通过所述补气管路与所述上部分连通。8.根据权利要求1至7任一项所述的设备，其特征在于，所述CVD气相沉积炉还包括形成容纳所述料柱的保温环境的炉体保温棉、炉底保温棉和炉盖保温棉；所述CVD气相沉积炉还采用了氮气内外循环强制风冷系统。9.根据权利要求1至7任一项所述的设备，其特征在于，所述CVD气相沉积炉还包括独立加热的炉底碳碳加热器、下区加热电极和上区加热电极，所述炉底碳碳加热器的加热区域为所述CVD气相沉积炉的炉底，所述下区加热电极的加热区域为所述CVD气相沉积炉的炉体下区，所述上区加热电极的加热区域为所述CVD气相沉积炉的炉体上区，全部加热区域均与所述料柱之间采取物理隔离密封。10.一种在立式CVD炉中制备筒状热场材料的方法，利用如权利要求1至9任一项所述的设备，其特征在于，包括：步骤一：搭建预热工装，然后使用专用吊具将每料柱的预热工装放入炉内；将埚帮或外导流筒或保温筒预制体搭建成共计14个半料柱，然后使用专用吊具将每个料柱分两次吊装放入炉内每个料柱的预热工装上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，杨小刚，万鹏远，
申请(专利权)人：上饶中昱新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：