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应用ℱ碳纤维复合材料应用-复合热场材料

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碳/碳复合热场材料


它是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点,是如今在1650℃以上应用的少数备选材料,最高理论温度更高达2600℃,因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。光伏产业中所使用的碳/碳复合材料主要是用于制造坩埚,作为熔炼多晶硅或单晶硅的器皿,在氢化炉热场、直拉单晶热场、多晶铸锭炉热场等工艺作为关键设备。

   

石墨坩埚

   

 单晶硅坩埚  

   

多晶硅铸锭炉


以往此类坩埚主要利用高纯石墨制造,但高纯石墨为国外控制,而且随着拉硅单晶炉和多晶铸锭炉生产设备的大型化,石墨材料难以满足。碳/碳复合材料具有可设计性和良好的热物理性能,和石墨热场材料相比,具有非常大的优势。

   

理化指标对比


碳/碳复合热场材料为高性能耐高温特种材料,是多晶硅氢化炉的核心部件和主要耗材,产品性能及结构直接影响氢化炉转化效率及连续运行周期。碳/碳复合材料改善了粉化、变形、碎裂等问题,确保氢化工序长期稳定运行,在保证物料品质、氢化转化率提高的同时,将同类产品平均使用寿命从6个月延长到11个月,有效降低了多晶硅生产成本。


   

 氢化炉结构图


复合保温隔热材料


一套完整的高温工业炉也包括保温隔热材料,不同保温隔热材料有不同的性能,用于不同热场环境。

   

 碳毡  

   

硬质碳毡

   

碳纤维复合毡


复合保温隔热材料分为碳毡、硬质碳毡、碳纤维复合毡,这些材料经过高温固化可以制成工业炉所需的保温桶和隔热罩,碳毡在真空或惰性气氛下经2000℃以上高温处理后为石墨毡,含碳量比碳毡高,达99%以上。60年代末世界已有石墨毡商品供应。石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种。


聚丙烯腈基石墨毡比黏胶基石墨毡强力大、抗氧化能力强,但柔性差、体积密度大、保温性能好。它们除了具备块状石墨的纯度高、耐高温、耐腐蚀、不熔融等特性外,还有有弹性、可任意折叠、剪裁和可用石墨纱缝合等优点。石墨毡主要用途是作为单晶硅冶炼炉的保温材料。在化学工业中可作为高纯度腐蚀性化学试剂的过滤材料。石墨毡在非氧化气氛条件下,使用温度可达3000℃左右。

   

聚丙烯腈基石墨毡

   

粘胶基石墨毡


其中以日本吴羽化学为代表的沥青在保温行业为主流,欧美保温毡基本上都以粘胶剂为主,而中国国内则大多数以聚丙烯晴基为原料。工艺将聚丙烯腈基炭毡或黏胶基炭毡裁成所需尺寸,卷成筒状装入石墨材料做的容器内,将石墨容器置于高温炉内(高温炉为石墨管炉、中频、高频感应炉或其他加热形式的高温炉),用抽真空或通高纯惰性气体保护,以100~300℃/h的升温速率加热到2200~2500℃,再自然冷却至100℃即得。


总的来看,热场材料的研究和应用经历了石墨材料和碳/碳复合材料的发展历程。由于石墨材料的局限性,特别是抗热振性,针对大型热场零件,石墨材料已无法满足加工条件,作为高温工业设备热场材料,碳/碳复合材料无疑是替代石墨的最佳新材料。从减少部件的更换率和提高设备生产能力和稳定性,提高生产品质,降低能源消耗来讲,碳/碳复合材料无论从性能还是从价格上,取代现有的材料,成为制造大型工业炉的首选材料是完全可能的,且前景将难以估计的。

来源:郝氏企业


    

 
来源:碳纤维生产技术
复合材料化学理论材料控制
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首次发布时间:2024-08-04
最近编辑:3月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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聚焦ℱ中国碳纤维比日本落后30年,事实真是如此吗?

众所周知,国际碳纤维市场的半壁江山长期被日本占据,其中东丽、东邦和三菱丽阳这三家企业拥有全球丙烯腈基碳纤维50%以上的市场份额。日本生产的碳纤维无论质量还是数量都占领世界首位,东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产的“领头羊”。其实,不仅是全球汽车、飞机制造企业,如戴姆勒、波音公司的供应商,东丽的碳纤维型号还是行业的强度标杆。中国碳纤维日本是公认的碳纤维技术领先的国家,而中国碳纤维后面才慢慢崛起,大家都说中国碳纤维比日本整整落后了30年,事实真是如此吗?看今日 2018年9月18日,在德国举行的柏林国际轨道交通技术展上,中车四方股份公司正式发布新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”。这是我国新一代碳纤维地铁车辆全球首次发布,采用大量先进新材料、新技术研制,在节能环保、舒适、智能等方面比传统地铁实现全面升级,是我国地铁领域的最新技术成果,代表着未来地铁列车的技术潮流。碳纤维复合材料是轻量化之王,新一代地铁车辆采用先进的碳纤维技术,使得整车“瘦身”13%。碳纤维复合材料具有优异的耐疲劳、耐候、耐腐蚀等性能,可有效保证列车在30年服役期内不发生疲劳、腐蚀等失效,减少维护量,从而降低寿命周期成本。前段时间,上海石化被媒体圈传火了:上海石化大丝束碳纤维技术“破炉而出”,结束了该领域依赖进口的历史。上海石化“聚丙烯腈(PAN)基大丝束原丝及碳纤维技术及工艺包开发”项目,通过中国石化组织的国内专家组鉴定。这标志着,中国石化成功开发出48K大丝束碳纤维的聚合、纺丝、氧化炭化成套工艺技术,国产碳纤维技术突破大丝束瓶颈。中国石化上海石化十年磨一剑,成功研发出48K大丝束碳纤维的聚合、纺丝、氧化炭化成套工艺技术,所生产的碳纤维具有优异的表面结构和界面性能,并实现低成本化。我国在该领域一直以来仰人鼻息的历史宣告结束。看起点 1959年,日本发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法,西方于上世纪70年代开始商业化。中国碳纤维研究开始于上世纪60年代初,但由于西方对中国技术进行高度封锁,加上国内资源紧张,导致我国碳纤维发展非常缓慢。上世纪90年代初,我国尝试做技术引进的企业都以失败告终。之后几年,国家累计投入了2600多万,主要用于在碳纤维的研究和生产,在一定程度上满足了部分国防军工的需求,但在产品质量与技术方面仍与日本有较大的差距,同时成本一直居高不下。在2000年的时候,国内只有3家企业在勉强支撑起碳纤维的研发与生产。发展至今,碳纤维企业经营效益有所改善,个别企业已实现盈利,如威海拓已经连续多年实现盈利,中复神鹰碳纤维公司已在2016年实现了盈利。江苏恒神股份、吉林化纤集团碳谷公司成为新三板挂牌企业,现在碳纤维正在进入资本市场,以获得更多的资金支持。如果没有“倾家荡产都要造出国产碳纤维”的梦想,国产碳纤维企业估计坚持不到今天,更不会有今天的成果。来源:碳纤维那些事儿特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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