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1.本发明涉及耐高温耐腐蚀的材料结构件的制备，特别是指一种用于单晶硅拉制炉内使用的埚帮的制备方法。
背景技术：
2.随着我国发展新能源太阳能光伏发电方针的实施，光伏发电材料单(多)晶硅制备产业飞速发展，炉内需要使用的c/c热场结构件的需求量大幅增加。特别是单晶硅拉制炉使用的c/c材料埚帮需求量大幅增加，单晶硅生产的过程是将硅材料置入石英坩埚中，升温至1500℃～1700℃使硅材料熔化，在熔化状态下，拉制单晶硅，由于石英坩埚在1500℃开始软化，为了防止石英坩埚在高温下因软化变形，引起坩埚开裂，必然在石英坩埚外表面套装c/c材料埚帮，埚帮不仅要能够承受石英坩埚的重量、料重、石英坩埚变形和硅液膨胀产生的作用力，同时要求具有高热导率，确保热场稳定性。由于单晶硅的生产为进一步降低成本，采用连续加硅料并连续拉晶的生产工艺，拉晶时间由30～40小时延长至240～300小时，使上述已有的c/c材料埚帮使用寿命急剧下降，使用寿命最多降至2～3个月，其使用寿命下降主要原因是由于c/c材料埚帮与石英坩埚紧密贴合，在高温下c/c材料埚帮与二氧化硅发生反应，形成脱炭现象，使c/c材料埚帮变薄，强度下降导致断裂而失效，埚帮脱炭的同时石英坩埚脱硅，对石英坩埚的使用寿命也产生严重的影响。因此，如何有效解决上述的c/c材料埚帮的抗腐蚀、抗氧化的性能，提高使用寿命具有重要的意义和经济价值。
技术实现要素：
3.本发明的发明目的是公开一种耐高温、耐腐蚀的复合材料的埚帮。
4.实现本发明的技术解决方案是：所述的具有陶瓷内衬的复合材料埚帮的制备方法的步骤如下：
5.a.制备玻璃纤维布的改性液和炭纤维布的浸渍液；
6.b.玻璃纤维布浸入改性液后取出，在90℃～110℃烘干，得玻璃纤维布的改性预浸布，炭纤维布浸入浸渍液后取出，在90℃～100℃烘干，得炭纤维预浸布；
7.c.将步骤b制备的改性预浸布在缠绕机的筒状模具上进行缠绕，得多层结构的筒状体，将带有筒状模具的筒状体置于固化炉中，加热得初步固化筒状体；
8.d.将步骤b的改性预浸布与炭纤维预浸布叠合为复合预浸布，将复合预浸布在初步固化筒状体上进行多层缠绕，得复合筒状体，将复合筒状体置入固化炉中，加热得初步固化复合筒状体；
9.e.将步骤d的得品脱模具后置入高温炉内，在氮气(n2)保护下升温至1500℃～1800℃保温4小时，随炉冷却降温至150℃～250℃出炉，得所述的具有陶瓷内衬的复合材料埚帮。
10.所述的改性液按重量百分比计的组分的构成是：
[0011][0012][0013]
所述的炭纤维布的浸渍液按重量百分比计的组分的构成是：
[0014][0015]
所述的步骤c和步骤d的固化过程是将固化炉内抽真空至-0.098mpa，保压2小时，升压率为＜50pa/小时，然后用空压机加压，加压介质为空气，加压速率为0.08mpa/分钟，加压至2.0mpa后保压，同时在模具的内空腔加热，升温速率为2℃～7℃/小时，升温至180℃～200℃保温2小时。
[0016]
所述的步骤c的得品初步固化筒状体含有的初步固化的改性液的含量按重量百分比计是初步固化筒状体的重量的40％～60％。
[0017]
所述的步骤c的改性预浸布在缠绕机的筒状模具上的缠绕层数为10～20层。
[0018]
所述的步骤d的复合预浸布在筒状体上的缠绕层数为15～20层。
[0019]
本发明公开的上述技术方案中，由玻璃纤维布改性预浸布在高温下烧结瓷化，形成由多种高熔点、抗腐蚀的化合物组成的陶瓷结构，具有较高的力学性能及耐腐蚀性，炭纤维预浸布在高温烧制后形成以c/c材料为主、并含有少量的陶瓷成分的结构。上述的两部分不同结构共同构成本发明的镶有陶瓷内衬c/c埚帮，使用时，前者与石英坩埚的外壁面直接接触，即陶瓷成分的结构不与石英坩埚反应，防止以c/c材料为主的结构与石英坩埚直接接触，因此既防止了埚帮的脱炭，又防止了石英坩埚的脱硅，同时还具有良好的结构强度和导热性能，也保证了密度的过渡和结晶结构的过渡，避免热应力的出现，除具有上述的良好性能外，制备成本、原料成本还大幅降低，最终使用寿命可以提高一倍以上。
具体实施方式：
[0020]
下面详细给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明的具体实施方式的描述是为便于对本发明的技术内容的全面了解，而不应视为是对本发明的权利要求保护范围的限制。
[0021]
本发明的具体实施例的技术解决方案是：所述的具有陶瓷内衬的复合材料埚帮的制备方法的步骤具体如下：a.制备玻璃纤维布的改性液和炭纤维布的浸渍液；b.玻璃纤维布浸入改性液后取出，在90℃～110℃烘干，得玻璃纤维布的改性预浸布，炭纤维布浸入浸渍液后取出，在90℃～100℃烘干，得炭纤维预浸布；c.将步骤b制备的改性预浸布在缠绕机的筒状模具上进行缠绕，得多层结构的筒状体，将带有筒状模具的筒状体置于固化炉中，加热得初步固化筒状体；d.将步骤b的改性预浸布与炭纤维预浸布叠合为复合预浸布，将复合预浸布在初步固化筒状体上进行多层缠绕，得复合筒状体，将复合筒状体置入固化炉中，加热得初步固化复合筒状体；e.将步骤d的得品脱模具后置入高温炉内，在氮气(n2)保护下升温至1500℃～1800℃保温4小时，随炉冷却降温至150℃～250℃出炉，得所述的具有陶瓷内衬的复合材料埚帮。
[0022]
在上述的步骤a中，改性液为具有一定流变性的多组分混合液，具有特定的配方与配比，以适应或与玻璃纤维布匹配和反应。炭纤维布的浸渍液为具有一定流变性的多组分混合物，该混合物也具有特定的配方与配比，其与炭纤维布在高温烧制过程中可进行反应，且自身的多组分之间也进行反应。步骤b中，玻璃纤维布和炭纤维布的两部分和内部均分别附着有改性液和浸渍液，在烘干过程改性液和浸渍液中的部分可挥发物会被挥发逸出，使改性液和浸渍液与玻璃纤维布和炭纤维布之间形成较好的连接与基本定型，并实现各组分之间的相互融合或相互渗透。
[0023]
在上述的步骤c中，改性预浸布在缠绕机上的模具表面进行连续缠绕，形成一个有多层结构的筒状体，筒状体的断面形状取决于模具的断面形状，筒状体的断面形状一般为圆环状，或也可以是椭圆环状或矩形，筒状体的壁厚取决于缠绕的改性预浸布的层数，将带有模具的筒状体置于固化炉中加热使改性液中的部分挥发物逸出，同时改性液的各组分进一步融合或发生部分反应，得初步固化筒状体。在上述的初步固化筒状体上缠绕复合预浸布，经连续多层缠绕后，得复合筒状体，将复合筒状体置于固化炉中加热使浸渍液中的部分挥发物挥发逸出，同时玻璃纤维布和炭纤维布之间的改性液层和浸渍液层之间有界面处的相互融合或相互扩散渗透，形成一个混合层，最终得到一个初步固化筒状体。
[0024]
将步骤d的得品脱模具后置入高温炉内，在氮气(n2)保护下升温至1500℃～1800℃保温4小时，在升过程和保温过程，前述的改性液的初步固化层、浸渍液的初步固化层各自的各组分进行反应，并与玻璃纤维布的纤维丝和炭纤维布的纤维丝发生界面反应，改性液的初步固化层生成陶瓷材料层，浸渍液的初步固化层生成炭材料为主要成分的材料层并与炭纤维布构成c/c材料，并且上述的浸渍液层和改性液层的界面处的混合层生成c/陶材料；概括之是前述的初步固化筒状体高温烧制后得到陶瓷材料筒状体，而复合预浸布缠绕的部分生成c/c材料、c/陶材料和陶瓷材料的连续复合而成的复合材料筒状体，陶瓷材料筒状体与复合材料筒状体共同构成本发明的复合材料埚帮。
[0025]
所述的改性液按重量百分比计的组分的构成是：30～40％的酚醛树脂；30～40％的酒精；10～20％的莫来石粉；5～10％的炭纤粉；10～20％的硅粉；5～10％的碳化硅粉；4
～8％的氧化锆粉和5～15％的短炭纤维。上述的改性液混合形成带有一定流变性的胶状，在烘干与初步固化过程有部分挥发物逸出，在高温烧制阶段，改性液中的各组分之间发生复杂的化学反应，生成陶瓷成分的材料层，同时与玻璃纤维布的纤维丝发生界面反应，使陶瓷成分与玻璃纤维布形成牢固的连接。上述的各组分均可市场外购，其中，莫来石粉的粒度小于500目，硅粉的粒度小于500目，碳化硅粉的粒度小于1000目和氧化锆粉的粒度小于1000目，通过限定上述的组分的粒度，可适当控制反应速率，以得到更佳的结晶的陶瓷成分，短炭纤维的长度为5～15mm，以适当提高陶瓷材料层的连接强度。
[0026]
所述的炭纤维布的浸渍液按重量百分比计的组分的构成是：30～50％的酚醛树脂；30～50％的酒精；5～10％的炭纤粉；5～10％的硅粉和5～20％的石墨粉。上述的浸渍液内含有较多的含量的酚醛树脂和酒精，其与各固态组分之间具有较好的渗透性，在烘干与初步固化过程会挥发掉部分可挥发物，在高温烧制过程各组分之间发生反应并与炭纤维布的纤维丝发生界面反应，共同构成c/c材料，浸渍液自身形成以炭为主要构成的和少量陶瓷成分的炭材料层。
[0027]
所述的步骤c和步骤d的固化过程是将固化炉内抽真空至-0.098mpa，保压2小时，升压率为＜50pa/小时；然后用空压机加压，加压介质为空气，加压速率为0.08mpa/分钟，加压至2.0mpa后保压，同时在模具的内空腔加热，升温速率为2℃～7℃/小时，升温至180℃～200℃保温2小时。在上述的固化过程，步骤c中的多层结构的筒状体和步骤d中的复合筒状体与模具表面接触的面首先被加热并发生反应，并随着加热的继续和热传导的继续，反应从与模具的接触面逐渐向筒状体或/和复合筒状体外表面推进，在上述的过程中，筒状体或/和复合筒状体的外表面始终受到上述的2.0mpa的压力，加热过程和反应过程中产生的挥发物形成的气泡会逐渐从筒状体或/和复合筒状体的外表面逸处，在压力的作用下筒状体或/和复合筒状体被压实，使最终得到的初步固化筒状体和初步固化复合筒状体达到一个较高的密度。
[0028]
所述的步骤d的得品在脱模后置入高温炉内，在升温过程和高温烧制过程，复合筒状体发生复杂的化学反应，前述的初步固化筒状体部分生成陶瓷材料的结构，即陶瓷材料层与玻璃纤维布交替的结构，前述的初步固化复合筒状体生成炭纤维布与玻璃纤维布夹持c/陶材料层的复合材料结构，最终高温烧制后得具有陶瓷内衬的复合材料埚帮。在该埚帮用于单晶硅拉制炉时，上述的陶瓷材料的结构部分与石英坩埚的表面接触，其与石英材料基本不反应，具有抗腐蚀性，并不会导致石英坩埚脱硅，同时陶瓷材料的结构具有较佳的结构强度对石英坩埚提供较佳的支撑，而且上述的复合材料结构一方面大幅减少了炭纤维布的使用量，又保证了c/c材料的高温特性和较佳的热传递性能，并对陶瓷材料的结构提供了较佳的支撑。
[0029]
为进一步提高本发明的抗腐蚀性能，所述的步骤c的得品初步固化筒状体含有的初步固化的改性液的含量按重量百分比计是初步固化筒状体的重量的40％～60％，以确保上述的陶瓷材料的结构有足量的陶瓷材料。
[0030]
为进一步提高本发明的结构强度和综合性能，所述的步骤c的改性预浸布在缠绕机的筒状模具上的缠绕层数为10～20层，玻璃纤维布为常规的玻璃纤维布，玻璃纤维布的厚度为0.3～0.5mm为佳，这可保证本发明的埚帮的壁厚和强度；所述的步骤d的复合预浸布在筒状体上的缠绕层数为15～20层，炭纤维布为市场可购的产品，上述的结构可保持对陶
瓷材料的结构的足够的支撑，并又进一步增加了埚帮的强度。
[0031]
前面已给出的本发明的埚帮具有极佳的抗腐蚀性能、耐高温性能和高强度，使本发明的埚帮具有极佳的使用寿命，较现有的c/c材料埚帮的使用寿命提高一倍以上，同时大幅减少了炭纤维的使用量，降幅达到60～70％，大幅降低了埚帮的制备成本。