一种碳碳复合材料PECVD承载框自动化成型的制备方法与流程

本发明涉及碳碳复合材料，尤其涉及一种碳碳复合材料pecvd承载框自动化成型的制备方法。

背景技术：

1、在单晶/多晶硅电池生产过程中，为了减少光的反射，提高光的利用率，必须要在硅片上镀膜。目前应用较多的氮化硅薄膜工艺是等离子增强化学气相沉积(pecvd)工艺。pecvd舟是镀膜生产时硅片的载体，鉴于pecvd复杂的工艺环境，一般采用的pecvd舟是由石墨制成。但石墨舟操作难度大，强度低，导致使用更换频率高，成本高。所以目前开始采用碳碳复合材料作为pecvd承载框。由于碳碳复合材料强度高，不易受破坏，力学性能十分优异，更换频率低，使用周期长，因而得到大范围应用推广。但是目前碳碳复合材料的生产基本上是处于手工操作阶段，生产效率很低，产品质量也不稳定。

2、申请号为cn201811527766.x的中国发明专利中提出了一种先驱体浸渍/裂解法制备碳/碳复合材料pecvd舟的工艺，其中将聚丙烯氰碳布与无纬布按照质量比进行铺层，然后进行z向穿刺，制得预制体板，然后预制体板进行石墨化处理，通过树脂裂解及增密，从而得到碳/碳复合材料pecvd舟，此发明中的先驱体制备的铺层目前是手工完成，效率比较低。另外申请号为cn202011400545.3的中国发明专利提出了一种针刺预制体+rtm工艺+液相浸渍成型的方法，其中碳/碳复合材料承载框是通过预制体针刺后得到的2.5d的结构预制体板，这种方式的优势在于加强了预制体的层间结合力，更好的避免了分层问题；并且rtm工艺和液相浸渍增密工艺也大大缩短了产品的生产周期和成本。但是此发明中的针刺预制体板，从方法上仍然属于手工铺放，然后针刺机针刺完成，无法实现高效的生产。并且，目前的碳碳复合材料pecvd承载框的制备中，通常采用平板热压机对预制体进行固化，能耗和成本较高。

3、综上所述，目前的碳碳复合材料pecvd承载框的制备工艺生产效果较低，手工操作很难保证产品的批次稳定性，而且固化过程能耗较高，也限制了碳碳复合材料pecvd承载框的高效生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种碳碳复合材料pecvd承载框自动化成型的制备方法。本发明提供的制备方法能够避免手工操作，实现碳碳复合材料pecvd承载框的自动化成型，并且预制体固化过程在烘箱中进行，无需采用平板热压机，能耗和成本低，生产效率高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种碳碳复合材料pecvd承载框自动化成型的制备方法，包括以下步骤：

4、采用自动铺布机将预浸料碳布进行铺层，得到铺层预浸料；

5、将所述铺层预浸料置于硅橡胶袋中进行抽真空，然后在烘箱中进行固化，得到预制体；

6、将所述预制体进行碳化，得到板坯；

7、将所述板坯进行化学气相沉积增密，得到碳碳板坯；

8、将所述碳碳板坯进行机加工，得到所述碳碳复合材料pecvd承载框。

9、优选的，所述自动铺布机包括平台1；所述平台1表面设置有隔离膜3；

10、设置在平台1上方的铺带头；

11、所述铺带头包括进料机构7，切割机构8，加热器9，压靴4，压辊10以及收卷机构5；所述压靴4用于将铺放的预浸料碳布压实；所述进料机构7和收卷机构5分别位于压靴4的两侧，且位置高于压靴4；所述切割机构8位于进料机构7和压靴4之间；所述加热器9位于压靴4和切割机构8之间；所述压辊10位于压靴4和收卷结构5之间。

12、优选的，所述铺层时，将铺层模具置于所述自动铺布机的平台1上，将预浸料碳布铺放在所述铺层模具中；所述铺层模具使用前依次进行清洗和擦拭脱模剂。

13、优选的，所述预浸料碳布铺层的层数为13～20层；所述铺层时依次按照0°、45°、-45°和90°的角度循环铺放。

14、优选的，所述硅胶袋内部设置有用于放置铺层预浸料的模具；所述模具的四周设置有真空槽，且真空槽上设置有第一抽真空口；所述模具置于硅胶袋内部的卡槽中，所述卡槽的边缘设置有第二抽真空口；所述硅胶袋的边缘设置有气嘴。

15、优选的，所述固化包括依次进行第一阶段～第六阶段；所述第一阶段为升温阶段，由室温升温至100±5℃～120±5℃，升温时间为55～65min；所述第二阶段为保温阶段，保温温度为100±5℃～120±5℃，保温时间为20～30min；所述第三阶段为升温阶段，由第二阶段的保温温度升温至140±5℃，升温时间为55～65min；所述第四阶段为保温阶段，保温温度为140±5℃，保温时间为45～55min；所述第五阶段为升温阶段，由第四阶段的保温温度升温至170±5℃～180±5℃，升温时间为60～70min；所述第六阶段为保温阶段，保温温度为170±5～180±5℃，保温时间为90～100min；所述第一阶段～第六阶段的真空度为0.08mpa以下。

16、优选的，所述碳化的温度为950～1100℃，保温时间为1～3h。

17、优选的，升温至所述碳化的温度的升温速率为10～100℃/min；碳化结束后进行降温，降温的速率为50～100℃/min。

18、优选的，所述化学气相沉积增密采用的碳源气体为甲烷，所述甲烷的流量为4～18m3/h；所述化学气相沉积增密的温度为900～1400℃，时间为150～280h，压力为4～12kpa；升温至所述化学气相沉积增密的温度的升温速率为35～70℃/min。

19、优选的，所述碳碳板坯的密度为1.5～1.6g/cm3。

20、本发明提供了一种碳碳复合材料pecvd承载框自动化成型的制备方法，包括以下步骤：采用自动铺布机将预浸料碳布进行铺层，得到铺层预浸料；将所述铺层预浸料置于硅橡胶袋中进行抽真空，然后在烘箱中进行固化，得到预制体；将所述预制体进行碳化，得到板坯；将所述板坯进行化学气相沉积增密，得到碳碳板坯；将所述碳碳板坯进行机加工，得到所述碳碳复合材料pecvd承载框。本发明采用常用的预浸料碳布为原料，然后通过自动化设备进行铺层，既能提高产品的生产效率，又能保证产品质量的稳定性，另外，本发明将铺层预浸料置于真空袋中，采用烘箱进行固化，能有效降低能耗，减低成本。综上所述，本发明提供的制备方法生产效率高，产品质量稳定，且能耗和生产成本低。

技术特征：

1.一种碳碳复合材料pecvd承载框自动化成型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述自动铺布机包括平台(1)；所述平台(1)表面设置有隔离膜(3)；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铺层时，将铺层模具置于所述自动铺布机的平台(1)上，将预浸料碳布铺放在所述铺层模具中；所述铺层模具使用前依次进行清洗和擦拭脱模剂。

4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，所述预浸料碳布铺层的层数为13～20层；所述铺层时依次按照0°、45°、-45°和90°的角度循环铺放。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅胶袋内部设置有用于放置铺层预浸料的模具；所述模具的四周设置有真空槽，且真空槽上设置有第一抽真空口；所述模具置于硅胶袋内部的卡槽中，所述卡槽的边缘设置有第二抽真空口；所述硅胶袋的边缘设置有气嘴。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化包括依次进行第一阶段～第六阶段；所述第一阶段为升温阶段，由室温升温至100±5℃～120±5℃，升温时间为55～65min；所述第二阶段为保温阶段，保温温度为100±5℃～120±5℃，保温时间为20～30min；所述第三阶段为升温阶段，由第二阶段的保温温度升温至140±5℃，升温时间为55～65min；所述第四阶段为保温阶段，保温温度为140±5℃，保温时间为45～55min；所述第五阶段为升温阶段，由第四阶段的保温温度升温至170±5℃～180±5℃，升温时间为60～70min；所述第六阶段为保温阶段，保温温度为170±5～180±5℃，保温时间为90～100min；所述第一阶段～第六阶段的真空度为0.08mpa以下。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为950～1100℃，保温时间为1～3h。

8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，升温至所述碳化的温度的升温速率为10～100℃/min；碳化结束后进行降温，降温的速率为50～100℃/min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积增密采用的碳源气体为甲烷，所述甲烷的流量为4～18m3/h；所述化学气相沉积增密的温度为900～1400℃，时间为150～280h，压力为4～12kpa；升温至所述化学气相沉积增密的温度的升温速率为35～70℃/min。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳碳板坯的密度为1.5～1.6g/cm3。

技术总结本发明涉及PECVD承载框技术领域，提供了一种碳碳复合材料PECVD承载框自动化成型的制备方法。本发明采用自动铺布机将预浸料碳布进行铺层，将所得铺层预浸料置于硅橡胶袋中进行抽真空，然后在烘箱中进行固化，得到预制体；将所述预制体进行碳化、化学气相沉积增密和机加工，得到碳碳复合材料PECVD承载框。本发明采用常用的预浸料碳布为原料，然后通过自动化设备进行铺层，既能提高产品的生产效率，又能保证产品质量的稳定性，另外，本发明将铺层预浸料置于真空袋中，采用烘箱进行固化，能有效降低能耗，减低成本。综上所述，本发明提供的制备方法生产效率高，产品质量稳定，且能耗和生产成本低。技术研发人员：赵强,贾林涛,孙祝林,蒋婕,谭拱峰,韦庆朕,俞雄俊,池泽敏受保护的技术使用者：上海康碳复合材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5