本发明专利技术公开了一种提高炭/炭坩埚强度的炭布铺层方法，包括步骤：一、前期准备；二、炭布铺层，过程如下：201、第一个炭布铺制层铺覆：先采用整张炭布对所述芯模的外表面进行整体包覆并形成整体包覆层，再采用小块炭布在整体包覆层的底部和/或上部进行局部铺层并形成局部补强铺层；202、下一个炭布铺制层铺覆：按步骤201中铺覆方法进行铺覆；203、多次重复步骤202，直至已铺覆所有炭布铺制层的厚度与需加工成型坩埚预制体的壁厚一致。本发明专利技术设计合理、操作简便、投入成本低且使用效果好、经铺层后所获得炭/炭坩埚预制体成型产品的力学性能优良，能解决现有单晶硅拉制炉用坩埚存在的力学性能不高、使用过程中易破裂等实际问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种炭布铺层方法，尤其是涉及一种提高炭/炭坩埚强度的炭布铺层 方法。
技术介绍
单晶硅拉制炉是直拉法(Czochralski法)生产单晶硅的装置，其工作原理是将 多晶硅料置于石英坩埚和炭质坩埚组成的双层坩埚内，在保护性气氛下加热至1400°C 1600°C使多晶硅料熔融，仔晶在牵引下晶粒长大形成单晶硅棒。高温下石英坩埚开始软化， 需要布设在石英坩埚外侧的炭/炭坩埚进行保护，因此炭/炭坩埚主要起到传递热量和支 撑多晶硅料的作用。实际使用时，单晶硅拉制炉中所使用的炭/炭坩埚受力情况复杂、严酷，特别是当 系统出现故障无法继续拉晶时，留在坩埚内的多晶硅料冷却体积膨胀率约8%，此时炭/炭 坩埚将受到严峻的考验，强度不佳的坩埚容易在外力作用下破裂，破裂多发生在埚帮与埚 底连接部位——即坩埚结构的薄弱部位。目前，国内炭/炭坩埚的使用寿命仅为40炉次左 右。因此开发在高温工作环境下有较高力学性能、可长期使用的炭/炭坩埚成为发展我国 单晶硅产业迫切需求。炭纤维作为炭/炭复合材料中承担载荷的主体，其结构特性、取向方式、体积含量 等都对材料力学性能有较大影响。欲提高坩埚强度，首先要有设计科学、合理的炭纤维预制 体结构。目前，国内外炭/炭坩埚普遍采用了炭布和网胎针刺方法得到预制体，但对于预制 体中的炭布铺层方式这一影响坩埚力学性能的关键因素国内外还未有相关报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高炭/ 炭坩埚强度的炭布铺层方法，其设计合理、操作简便、投入成本低、原材料浪费较少且使用 效果好、经铺层后所获得的炭/炭坩埚预制体成型产品的力学性能优良，能有效解决现有 单晶硅拉制炉用坩埚存在的力学性能不高、使用过程中易破裂等实际问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种提高炭/炭坩埚强度的炭 布铺层方法，在外表面结构和尺寸均与需加工成型炭/炭坩埚预制体内型面的结构和尺寸 均一致的芯模上进行炭布铺层，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、前期准备根据需加工成型炭/炭坩埚的结构与尺寸，确定需加工成型炭 /炭坩埚预制体的结构与尺寸；所述炭/炭坩埚预制体由结构相同且由内至外依次紧密铺 制为一体的多个炭布铺制层铺制而成，且每一个炭布铺制层均包括一个整体包覆层和铺设 在所述整体包覆层上的一个或两个局部补强铺层；步骤二、炭布铺层，其铺层过程如下201、第一个炭布铺制层铺覆先采用整张炭布对所述芯模的外表面进行整体包覆 并形成整体包覆层，再采用小块炭布在本步骤中所述整体包覆层的底部和/或上部进行局部铺层并形成局部补强铺层，本步骤中所述局部补强铺层的铺设位置与步骤一中所述炭/ 炭坩埚预制体的埚帮或埚底位置相对应，且铺覆过程中将本步骤中所铺覆的局部补强铺层 通过热固性树脂粘结固定或通过加入炭纤维网胎后针刺连接固定在本步骤中所铺覆的整 体包覆层上；202、下一个炭布铺制层铺覆按照步骤201所述的铺覆方法，先采用整张炭布对 铺覆完成的上一个炭布铺制层的外表面进行整体包覆并形成整体包覆层，再采用小块炭布 在本步骤中所述整体包覆层的底部和/或上部进行局部铺层并形成局部补强铺层，本步骤 中所述局部补强铺层的铺设位置与步骤一中所述炭/炭坩埚预制体的埚帮或埚底位置相 对应，铺覆过程中将本步骤中所铺覆的局部补强铺层通过热固性树脂粘结固定或通过加入 炭纤维网胎后针刺连接固定在本步骤中所铺覆的整体包覆层上；且铺覆过程中对当前已铺 覆的所有炭布铺制层的厚度进行同步测量；203、多次重复步骤202，直至已铺覆的所有炭布铺制层的厚度与步骤一中所确定 的需加工成型炭/炭坩埚预制体的壁厚一致，则完成炭/炭坩埚预制体的铺制过程；步骤201和步骤202中所用整块炭布的结构与尺寸均与步骤一中所述炭/炭坩埚 预制体的整体结构和尺寸一致，且所用小块炭布的结构与尺寸均与步骤一中所述炭/炭坩 埚预制体的埚帮或埚底的结构与尺寸一致；步骤202和步骤203中进行炭布铺制层铺覆过 程中，采用热固性树脂由内至外逐层将已铺覆的所有炭布铺制层粘结连接为一体或者采用 在层间加入炭纤维网胎后进行针刺连接的连接方式由内至外逐层将已铺覆的所有炭布铺 制层连接为一体；步骤201、步骤202和步骤203中采用热固性树脂将局部补强铺层粘结固定在整体 包覆层上或采用热固性树脂对相邻两个炭布铺制层进行粘结固定时，步骤203中完成炭/ 炭坩埚预制体的铺制过程后，还需采用固化炉对铺制完成所获得的炭/炭坩埚预制体进行 固化处理。上述，其特征是步骤201和步骤202中 所用整块炭布和小块炭布的数量均为一块；所述芯模包括用于成型所述炭/炭坩埚预制体 埚体部分的直筒段和用于成型所述炭/炭坩埚预制体埚底部分的底部弧面，所述底部弧面 布设在所述直筒段正下部；步骤201和步骤202中所用的整块炭布均为矩形炭布一且小块炭布为圆形炭布 一，且采用矩形炭布一和圆形炭布一进行铺层时，先采用矩形炭布一沿芯模的直筒段卷绕 一周且卷绕过程中确保矩形炭布一的上边线不低于芯模的上边缘线，再将矩形炭布一宽度 方向上的富余部分向芯模的底部弧面弯折并将所述底部弧面全部覆盖后，则完成对芯模外 表面进行整体包覆的包覆过程；之后，再采用圆形炭布一对芯模的底部弧面进行包覆且确 保圆形炭布一将所述底部弧面全部包覆，所述圆形炭布一通过热固性树脂粘结固定或通过 加入炭纤维网胎后针刺连接固定在所铺覆的矩形炭布一上。上述，其特征是步骤201中所用矩形 炭布一的长度与芯模的直筒段的圆周周长相等且其宽度与芯模的直筒段高度和底部弧面 的半径之和相等，所述圆形炭布一的半径与芯模的底部弧面的半径相等；且步骤201、步骤 202和步骤203中铺覆的所有炭布铺制层中所用矩形炭布一和圆形炭布一的尺寸由内至外 逐层递增，且递增的尺寸与每一个炭布铺制层的厚度相对应；步骤201和步骤202中，采用矩形炭布一沿芯模的直筒段卷绕一周时应确保矩形炭布一的上边线与芯模的上边缘线相 平齐。上述，其特征是步骤201和步骤202 中采用矩形炭布一沿芯模的直筒段卷绕一周之前或将矩形炭布一宽度方向上的富余部分 向芯模的底部弧面弯折并将所述底部弧面全部覆盖之后，采用裁剪刀具沿所述矩形炭布一 的下边线对所述矩形炭布一下部的多余部分进行裁剪，并使得所述矩形炭布一的整体紧密 覆盖在芯模的外表面上，且裁剪后所述矩形炭布一的下部由多个连续分布的等腰三角形组 成，多个所述等腰三角形的结构和尺寸均相同且所述等腰三角形的底边和矩形炭布一上边 线之间的垂直距离与芯模的直筒段高度相等；且裁剪时，应确保裁剪后的所述矩形炭布一 能对芯模的外表面进行整体包覆。上述，其特征是步骤201和步骤202中 所用整块炭布和小块炭布的数量均为一块；所述芯模包括用于成型所述炭/炭坩埚预制体 埚体部分的直筒段和用于成型所述炭/炭坩埚预制体埚底部分的底部弧面，所述底部弧面 布设在所述直筒段正下部；步骤201和步骤202中所用的整块炭布均为圆形炭布二且小块炭布为矩形炭布 二，且采用圆形炭布二和矩形炭布二进行铺层时，先采用圆形炭布二对芯模的底部弧面进 行包覆，再将圆形炭布二的富余部分向芯模的直筒段方向弯折并将所述直筒段全部覆盖 后，则完成对芯模外表面进行整体包覆的包覆过程；之后，再采用矩形炭布二沿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高炭／炭坩埚强度的炭布铺层方法，在外表面结构和尺寸均与需加工成型炭／炭坩埚预制体内型面的结构和尺寸均一致的芯模（１）上进行炭布铺层，其特征在于该方法包括以下步骤： 步骤一、前期准备：根据需加工成型炭／炭坩埚的结构与尺寸，确定需加工成型炭／炭坩埚预制体的结构与尺寸；所述炭／炭坩埚预制体由结构相同且由内至外依次紧密铺制为一体的多个炭布铺制层铺制而成，且每一个炭布铺制层均包括一个整体包覆层和铺设在所述整体包覆层上的一个或两个局部补强铺层； 步骤二、炭布铺层，其铺层过程如下： ２０１、第一个炭布铺制层铺覆：先采用整张炭布对所述芯模（１）的外表面进行整体包覆并形成整体包覆层，再采用小块炭布在本步骤中所述整体包覆层的底部和／或上部进行局部铺层并形成局部补强铺层，本步骤中所述局部补强铺层的铺设位置与步骤一中所述炭／炭坩埚预制体的埚帮或埚底位置相对应，且铺覆过程中将本步骤中所铺覆的局部补强铺层通过热固性树脂粘结固定或通过加入炭纤维网胎后针刺连接固定在本步骤中所铺覆的整体包覆层上； ２０２、下一个炭布铺制层铺覆：按照步骤２０１所述的铺覆方法，先采用整张炭布对铺覆完成的上一个炭布铺制层的外表面进行整体包覆并形成整体包覆层，再采用小块炭布在本步骤中所述整体包覆层的底部和／或上部进行局部铺层并形成局部补强铺层，本步骤中所述局部补强铺层的铺设位置与步骤一中所述炭／炭坩埚预制体的埚帮或埚底位置相对应，铺覆过程中将本步骤中所铺覆的局部补强铺层通过热固性树脂粘结固定或通过加入炭纤维网胎后针刺连接固定在本步骤中所铺覆的整体包覆层上；且铺覆过程中对当前已铺覆的所有炭布铺制层的厚度进行同步测量； ２０３、多次重复步骤２０２，直至已铺覆的所有炭布铺制层的厚度与步骤一中所确定的需加工成型炭／炭坩埚预制体的壁厚一致，则完成炭／炭坩埚预制体的铺制过程； 步骤２０１和步骤２０２中所用整块炭布的结构与尺寸均与步骤一中所述炭／炭坩埚预制体的整体结构和尺寸一致，且所用小块炭布的结构与尺寸均与步骤一中所述炭／炭坩埚预制体的埚帮或埚底的结构与尺寸一致；步骤２０２和步骤２０３中进行炭布铺制层铺覆过程中，采用热固性树脂由内至外逐层将已铺覆的所有炭布铺制层粘结连接为一体或者采用在层间加入炭纤维网胎后进行针刺连接的连接方式由内至外逐层将已铺覆的所有炭布铺制层连接为一体； 步骤２０１、步骤２０２和步骤２０３中采用热固性树脂将局部补强铺层粘结固定在整体包覆层上或采用热固性树脂对相邻两个炭布铺制层进行粘结固定时，步骤２０３中完成炭／炭坩埚预制体的铺制过程后，还需采用固化炉对铺制完成所获得的炭／炭坩埚预制体进行固化处理。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：侯卫权，常新，邢如鹏，肖志超，彭志刚，赵大明，陈青华，
申请(专利权)人：西安超码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87
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