本发明专利技术公开了一种工艺简单、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，其特征是它由碳纤维经预制体制备－增密－热振纯化－机加工制成，本发明专利技术在预制体制备中无须粘接、浸渍、固化和炭化等过程，其工艺简单且节能环保，预制体内部碳纤维纵横交错，抱合力较强，不会脱层，结构稳定，导热系数≤０．８Ｗ／ｍＫ，保温性能优良；产品由高强度碳纤维和碳素基质构成，具有高比强度、耐高温、耐腐蚀、保温性能好等优良性能，兼具耐火、保温双重特性，且能承载一定的重荷，是替代高温炉用相关石墨制品及软炭毡的理想的升级产品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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160(TC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，剌 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，径向针剌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6 W/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日的 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。
技术实现思路
-本专利技术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。本专利技术是采用如下技术方案实现其专利技术目的的， 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(l)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(l)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。本专利技术为使步骤(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10Ml—50iM厚的 沉积碳，温度1100°C —1300°C，时间5小时一30小时。本专利技术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180(TC—230(TC，保温时间 为lh—3h。本专利技术在步骤(l)开松成网中，所述网胎的面密度为30 g/m2-130g/m2。本专利技术在步骤(l)叠层复合中，针刺深度为6mm—25mm;针刺密度 3次/cn^—10次/cm、层密度为3层/cm—20层/cm。本专利技术在步骤(l)叠层复合中，所述预制体的表观密度《0. 3g/cm3。本专利技术在步骤(2)中，所述保温材料坯体的表观密度《0. 5g/cm3。 本专利技术在步骤(3)中，纯化温度为230(TC—280(TC，保温时间为0.5h/次一2h/次，循环次数2次一3次。一种由上述生产工艺生产的高温炉用固化碳纤维保温材料，它为板状或条状或圆筒状，经预制体制备一增密一热振纯化一机加工步骤制成或经预制体制备一增密一热振纯化一机加工一表面处理一净化步骤制成。由于采用上述技术方案，本专利技术较好的实现了专利技术目的，在预制 体制备中无须粘接、浸渍、固化和炭化等过程，其工艺简单且节能环 保，预制体内部碳纤维纵横交错，抱合力较强，不会脱层，结构稳定， 导热系数《0.8W/mK，保温性能优良；产品由高强度碳纤维和碳素基 质构成，具有高比强度、耐高温、耐腐蚀、保温性能好等优良性能， 兼具耐火、保温双重特性，且能承载一定的重荷，是替代高温炉用相 关石墨制品及软炭毡的理想的升级产品。 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1:一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 (l)预制体制备①开松成网选取6 mm-70 mm长的短碳纤维(本实施例为15 mrn 一50mm)，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(本实施例为气流成网和梳理成网)，再利用铺网机铺成纤维网，预剌成网胎；所述网胎的面密度为30 g/nf 一130g/m2 (本实施例为90g/ltf)。②叠层复合把所得的网胎根据所需要求，通过针剌使之复合， 制成板状或条状或圆筒状等预制体(本实施例为圆筒状)；针刺深度 为6 mm—25,(本实施例为15腿)；针刺密度3次/cm 2—10次/cm 2 (本实施例为6次/cm 2);层密度为3层/cm — 20层/cm (本实施例为 7层/cm);所述预制体的表观密度《0.3g/cm3 (本实施例为 0. 26g/cm3)。(2) 增密将步骤(l)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；所述保温材料坯体的表观密度《 0. 5g/cm3 (本实施例为0.48g/cm3)。(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；纯 化温度为230(TC—280(TC (本实施例为2300°C )，保温时间为0. 5h/ 次一2h/次(本实施例为lh)，循环次数2次一3次(本实施例为2 次)。即炉膛抽真空后加热，至200(TC后充入氩气，继续升温至2300 °C，保温lh后，停止加热，至炉温冷至1500'C，停止供氩气，然后 再抽真空15分钟后，恢复供电加热，同时充氩气，当炉温再次升至 2300°C，保温0.5h,即停止加热，炉内工件随炉冷却至35(TC以下出 炉，所得固化碳纤维保本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高温炉用固化碳纤维保温材料的生产工艺，其特征是包括以下步骤： （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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖寄乔，邰卫平，王跃军，龚玉良，
申请(专利权)人：湖南金博复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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