网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮

技术领域

本发明涉及单晶炉制备用复合材料的技术领域，尤其涉及一种网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮。

背景技术

目前，光伏用碳纤维复合材料普遍使用2.5D针刺(准三维针刺)技术，即XY向为碳纤维无纬布或碳纤维经编有纬布与短切碳纤维网胎铺层，Z向采用针刺工艺引入短碳纤维，从而制成的准三维织物作为增强体，通过化学气相沉积、液相浸渍等工艺制备碳纤维复合材料，再使用碳纤维复合材料制备单晶炉的各个部件。

由于单晶炉中各热场部件用途以及功能不同，例如保温桶需要保温性好，导热性能要求较差；埚帮则需要较好的导热性能，以缩短硅料化料时间。但相关技术中，碳纤维复合材料的原料选用基本一致，普遍采用聚丙烯腈基碳纤维，仅在小范围的工艺内有差异性，单晶炉中各部件的功能性难以得到提升。

发明内容

本发明提供一种网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮，以进一步提升埚帮的导热性能，以缩短硅料的化料时间，降低能耗。

本发明提供一种网胎，包括：沥青基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维；所述沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维的重量比为2-8:10。

根据本发明提供的一种网胎，所述网胎由所述沥青基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维混合编织而成。

根据本发明提供的一种网胎，包括由沥青基碳纤维编织而成的第一纤维层，以及由聚丙烯腈基编织而成的第二纤维层，所述第一纤维层和第二纤维层交替铺层并通过针刺固结。

本发明还提供一种网胎的制备方法，用于制备上述的网胎，包括以下步骤：

将所述沥青基碳纤维裁剪成短纤维，长度为100-150mm；

将裁剪后的沥青基碳纤维平铺在梳理机喂料口；

将所述聚丙烯腈基碳纤维裁剪成短纤维，长度为80-100mm；

将聚丙烯腈基碳纤维均匀撒在所述沥青基碳纤维上；

开启梳理机，经过梳理机开松、梳理、铺网、针布和成卷等工序后，制备出网胎。

本发明还提供一种网胎的制备方法，用于制备上述的网胎，包括以下步骤：

将聚丙烯腈基碳纤维裁剪成短纤维，长度为80-100mm；

使用梳理机将聚丙烯腈基碳纤维编织成第一纤维层；

将沥青基碳纤维裁剪成短纤维，长度为80-100mm；

使用梳理机将沥青基碳纤维编织成第二纤维层；

将第一纤维层和第二纤维层交替铺层并使用针刺工艺固结。

本发明还提供一种碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将所述预制体放入化学气相沉积炉中进行化学气相沉积，得到碳纤维碳沉积体；

对所述碳纤维沉碳积体进行高温石墨化处理，得到碳纤维复合材料。

本发明还提供一种碳纤维复合材料，采用上述的制备方法制得。

本发明还提供一种埚帮，通过机加工上述的碳纤维复合材料制得。

本发明还提供一种单晶炉，包括上述的埚帮。

本发明提供的一种网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮，通过将沥青基碳纤维引入网胎，并使用网胎为原料制备碳纤维复合材料，可以进一步提升碳纤维复合材料的导热性能，从而提升埚帮的导热性，缩短硅料化料时间，降低能耗。此外，相较于高性能的聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维具有更低的成本，因此，通过引入沥青基碳纤维能够降低碳纤维复合材料对于高性能、高成本碳纤维的依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的预制体的结构示意图。

附图标记：

1、网胎；2、碳布；3、针刺固结位。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解本发明提供的网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮，首先说明其应用背景，单晶炉是用于提炼单晶硅的设备，碳纤维复合材料是制备单晶炉各部件的重要原材料，碳纤维复合材料由预制体通过气相沉积、碳化后制得，相关技术中，预制体普遍以聚丙烯腈基作为原料通过针刺技术制得，但由于单晶炉中各热场部件的用途及功能不同，例如保温桶要求具有良好的保温性能，而埚帮则需要较好的导热性能，而相关技术中碳纤维复合材料的原料选用基本一致，仅在小范围的工艺内有差异，单晶炉各部件的性能例如埚帮的导热性能难以进一步得到提升。因此，本发明提供了一种网胎及预制体及碳纤维复合材料及埚帮，进一步提升埚帮的导热性能，以缩短硅料的化料时间，降低能耗。

下面通过具体实施方式详细说明本发明。

本发明下述实施例中的原料例如沥青基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维均可通过市售购买，其中沥青基碳纤维采用通用级沥青基碳纤维，聚丙烯腈基碳纤维的型号为T700S-12k。所使用的设备例如梳理机、纤维切断机等均为成熟的现有设备。

实施例1

一种网胎，包括沥青基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维，其中，沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维的重量比为2-8:10。

相较于聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维具有更好的导热性能，因此，将沥青基碳纤维引入网胎1中，并使用网胎1为原料制备碳纤维复合材料，可以进一步提升碳纤维复合材料的导热性能，从而提升埚帮的导热性，缩短硅料化料时间，降低能耗。此外，相较于高性能的聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维具有更低的成本，因此，通过引入沥青基碳纤维能够降低碳纤维复合材料对于高性能、高成本碳纤维的依赖。

上述网胎的制备方法，包括以下步骤：

S1、使用纤维切断机将沥青基碳纤维裁剪为短纤维，长度约为100-150mm；

S2、将裁剪后的沥青基碳纤维平铺于梳理机的喂料口；

S3、称取一定量的聚丙烯腈基碳纤维，使用纤维切断机将聚丙烯腈基碳纤维裁剪为短纤维，长度约为80-100mm；

S4、将聚丙烯腈基碳纤维均匀撒在沥青基碳纤维上；

S5、开启梳理机，经过梳理机开松、梳理、铺网、针布和成卷等工序后，制备出网胎1。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，网胎1的制备方法不同，本实施例中，网胎的制备方法包括以下步骤：

S1、使用纤维切断机将聚丙烯腈基碳纤维裁剪为短纤维，长度约为80-100mm；

S2、将切断后的聚丙烯腈基碳纤维平铺于梳理机的喂料口，开启梳理机，经梳理机将聚丙烯腈基碳纤维制备成第一纤维层；

S3、使用纤维切断机将沥青基碳纤维裁剪为短纤维，长度约为80-100mm；

S4、将切断后的沥青基碳纤维平铺于梳理机的喂料口，开启梳理机，经梳理机将沥青基碳纤维制备成第二纤维层；

S5、将第一纤维层和第二纤维层交替铺层后使用针刺固结，制备出网胎1。

实施例3

参照图1，一种预制体，包括碳布2和实施例1中制备出的网胎1；其中，碳布2采用聚丙烯腈基碳纤维编织而成，碳布2与网胎1交替铺层并采用针刺工艺固结，形成针刺固结位3以固定碳布2和网胎1。针刺固结位3的位置和数量可以根据实际的需求进行选择。

本实施例的针刺工艺中，针刺频率为1-3次/秒，针刺密度为8-15刺/m

一种碳纤维复合材料，采用实施例3中的预制体制成，制备方法包括以下步骤：

S1、将预制体放入化学气相沉积炉中，在保护气的氛围下升温至1000-1200℃，炉压为2000-3000Pa。其中，保护气可以为氩气或氮气等化学性质相对较为稳定的气体。

S2、将碳源气体通入化学气相沉积炉中，并使碳源气体不断通过预制体的表面，使碳源气体扩散至预制体的孔隙中，得到碳纤维碳沉积体。其中，碳源气体可以为甲烷、乙烷、丙烷等烃类气体。

S3、将步骤S2得到的碳纤维碳沉积体在2000-3000℃的温度下进行高温石墨化处理，得到碳纤维复合材料。

相较于聚丙烯腈基碳纤维等高性能纤维，沥青基碳纤维的力学性能较差，难以通过常规的针刺技术引入到碳纤维复合材料中，因此将沥青基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维按照一定比例搭配制备网胎1，再使用网胎1作为原料与碳布2通过针刺做成预制体，从而可以将沥青基碳纤维引入到碳纤维复合材料中。

在制备网胎1时，既可以将聚丙烯腈基碳纤维与沥青基碳纤维按照一定比例混合后，采用梳理机编织而成；还可以将聚丙烯腈基碳纤维通过梳理机编织成第一纤维层，将沥青基碳纤维通过梳理机编织成第二纤维层，将第一纤维层和第二纤维层交替铺层并通过针刺固结，以制备出网胎1，再使用网胎1制备出预制体。通过上述两种方式将沥青基碳纤维引入碳纤维复合材料中，解决了沥青基碳纤维因为力学性能较差难以引入碳纤维复合材料的缺陷。

网胎1中沥青基碳纤维的含量约为聚丙烯腈基碳纤维含量的20％-80％，沥青基碳纤维的占比本身就较低，当网胎1制备成预制体，预制体再制备成碳纤维复合材料后，沥青基碳纤维的整体占比会进一步降低，到最终制备成埚帮，网胎1的重量约为埚帮总重量的10％，因此沥青基碳纤维对于碳纤维整体的力学性能影响很小。

随着沥青基碳纤维的添加，碳纤维复合材料的整体导热性能有所提升，随着沥青基碳纤维添加量的提高，碳纤维复合材料的导热性能进一步提升，但此时沥青基碳纤维对碳纤维复合材料力学性能的影响也进一步增大，当沥青基碳纤维含量过高，会导致碳纤维复合材料的力学性能降低。

下面对本发明提供的埚帮进行描述，下文描述的埚帮与上文描述的碳纤维复合材料可相互对应参照。

一种埚帮，通过机加工上述碳纤维复合材料制得。

下面对本发明提供的单晶炉进行描述，下文描述的单晶炉与上文描述的埚帮可相互对应参照。

一种单晶炉，包括上述埚帮。

本发明的新创点在于：相较于聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维具有更好的导热性能，因此，将沥青基碳纤维引入网胎1中，并使用网胎1为原料制备碳纤维复合材料，可以进一步提升碳纤维复合材料的导热性能，从而提升埚帮的导热性，缩短硅料化料时间，降低能耗。此外，相较于高性能的聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维具有更低的成本，因此，通过引入沥青基碳纤维能够降低碳纤维复合材料对于高性能、高成本碳纤维的依赖。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。