单晶硅炉用高密高强炭石墨材料的制备

摘要

随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展。光伏产业的发展离不开单晶硅材料，而高密高强炭石墨材料由于具有强度高、电阻率低、抗热震性好、耐高温、抗氧化、加热效率高、易于精密机加工等优点，成为单晶硅炉加热器中首选的加热材料。
　　目前，国内外高密高强炭石墨材料的研究主要着重于原材料的选择和生产工艺的强化两方面。本论文采用超细粉二次焦和煤沥青为主要原料，再辅以适当的制备工艺，在开发单晶硅炉用高密高强炭石墨材料方面进行了一些探索和尝试。
　　论文以体积密度、电阻率、抗压强度、抗折强度、显气孔率和肖氏硬度作为高密高强炭石墨材料性能的主要衡量指标，研究了石油焦性能、煤沥青性能、粉末粒度、成型压力、保压时间、焙烧最高温度、升温速率、石墨化等因素对高密高强炭石墨材料结构与性能的影响。研究结果表明选用低灰、低硫、低粉末电阻和具有较高真密度及振实密度值的超细二次焦为骨料，具有适宜软化点、甲苯不溶物含量、β树脂含量及结焦值的煤沥青为粘结剂，有利于提高高密高强炭石墨制品的综合性能。适当增大成型压力和延长保压时间可使制品更致密均匀，从而有利于提高制品的综合性能。焙烧升温过程中，在250℃～700℃温度范围内采用较低的升温速度可提高煤沥青的析焦量，防止制品裂纹的生成，有利于提高制品的综合性能。浸渍可弥补试样内部的孔隙等缺陷，有利于改善制品的综合性能。焙烧品经石墨化处理后，体积密度增大0.05g/cm3，电阻率约降低70％。研究取得了具有开发前景的结果，采用本实验中所述超细粉二次焦为骨料，煤沥青C为粘结剂，煤沥青A为浸渍剂，在130MPa压力下保压3min成型，于1200℃最高温度下焙烧，再浸渍焙烧2～3次后于2400℃左右高温下进行石墨化处理，最终可制得体积密度≥1.85g/cm3，电阻率≤12.0μΩ·m，抗压强度≥80.0MPa，抗折强度≥40.0MPa，显气孔率≤14.0％，肖氏硬度≥50的高密高强炭石墨材料。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 太阳能光伏简介

1．2 单晶硅的生长

1．3 高密高强炭石墨材料概述

1．3．1 高密高强炭石墨材料的国内外开发状况

1．3．2 高密高强炭石墨材料的制备

1．4 本论文的选题及主要研究内容

第2章 实验方法

2．1 实验原料及设备

2．1．1 主要实验原料

2．1．2 主要工艺设备

2．1．3 主要测试仪器

2．2 高密高强炭石墨材料制备工艺

2．3 性能测试方法

2．3．1 微观形貌分析

2．3．2 灰分的测定

2．3．3 挥发分的测定

2．3．4 硫的测定

2．3．5 真密度的测定

2．3．6 振实密度的测定

2．3．7 粉末电阻率的测定

2．3．8 粒度的测定

2．3．9 体积密度的测定

2．3．10 电阻率的测定

2．3．11 抗压强度的测定

2．3．12 抗折强度的测定

2．3．13 显气孔率的测定

2．3．14 肖氏硬度的测定

2．3．15 煤沥青结焦值的测定

2．3．16 煤沥青软化点的测定

2．3．17 煤沥青甲苯不溶物的测定

2．3．18 煤沥青喹啉不溶物的测定

2．3．19 β树脂的测定

第3章 原料性能对高密高强炭石墨材料性能的影响

3．1 石油焦性能的影响

3．2 煤沥青性能的影响

3．3 粉末粒度的影响

3．4 本章小结

第4章 制备工艺对高密高强炭石墨材料性能的影响

4．1 成型压力的影响

4．2 保压时间的影响

4．3 焙烧最高温度的影响

4．4 升温速度的影响

4．5 浸渍的影响

4．6 石墨化的影响

4．7 本章小结

结论

参考文献

致谢