CN112430116A - 一种碳/碳复合材料pecvd承载框的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，包括以下步骤：1）预制体成型，在平板针刺机上将碳布和网胎进行铺层，做针刺工艺，制成预制体板材；2）RTM工艺真空压力状态下固化；3）树脂板碳化；4）液相浸渍增密；5）高温石墨化处理；6）机加工成型。与现有技术相比，本发明所使用的碳/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；其次，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。

Description

一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，具体来说是一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法。
背景技术
近些年随着新能源的持续发展，光伏太阳能发电产业在许多国家被列为重点发展项目，太阳能电池组件***也受到了越来越多的重视，而在硅电池生产中需要在硅片上镀膜，从而减少光的反射，提高光的利用率。目前应用较多的镀膜工艺是等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。这种工艺是借助微波或射频使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。鉴于PECVD复杂的工艺环境，一般采用的PECVD舟或舟板主要是由石墨制成。但石墨舟操作难度大，强度低，导致使用更换频率高，成本高。
目前市场上解决此类问题的方法是其改善板材制备工艺，提高密度，增加强度，尽管解决了一些问题，但并没有从根源上解决它强度低，易受破坏的问题，从而大大增加了承载框的更换频率及成本。
碳碳复合材料中，碳布叠层模压后浸渍碳化工艺还有针刺平板后沉积、浸渍、碳化工艺制成的PECVD承载框从性能上可满足它的使用要求。但基于这种工艺的生产周期长、成本高，这些问题暂时还难以得到解决。基于此，本方案设计了一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）预制体成型，在平板针刺机上将碳布和网胎进行铺层，做针刺工艺，制成预制体板材；
2）RTM工艺真空压力状态下固化；
3）树脂板碳化；
4）液相浸渍增密；
5）高温石墨化处理；
6）机加工成型。
作为优选，所述步骤1）中采用自动化平板针刺机将铺层的碳布和网胎进行Z向针刺，制备出2.5D预制体板材。
作为优选，所述的针刺预制体板材密度为0.8~1.1g/m³，预制体板厚度为5~20mm，长度为1000~2000mm，宽度为500~1500mm。
作为优选，上述步骤2）中对板材进行真空树脂导入，热压固化工艺，通过树脂浸渍，升温，加压固化得到碳/碳预制体板材，用所述树脂完全将碳/碳板材填充，使得板材孔隙率为1%~5%。
作为优选，所述树脂为氨酚醛树脂或呋喃树脂中的一种。
作为优选，上述步骤2）中的RTM工艺温度为120~200℃，加压压力为0.8~1.5MPa。
作为优选，上述步骤3）中，将固化完的碳/碳板用工装放置好后吊入炭化炉内，按照呋喃和氨酚醛的碳化曲线进行碳化处理，碳化温度在800~950℃，工艺执行完后自然降温到室温。
作为优选，上述步骤4）中，将碳化过的碳/碳板材再进行液相浸渍增密，使得板材密度≥1.4g/m³。
作为优选，上述步骤5）中，将达到密度要求的碳/碳板加上工装进行高温石墨化处理，处理温度为2000~2500℃。
本发明的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，包括以下步骤：预制体成型、RTM工艺真空压力状态下固化、树脂板碳化、液相浸渍增密、高温石墨化处理和机加工成型。与现有技术相比，本发明所使用的碳/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；其次，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。
附图说明
图1为本发明中承载框的结构示意图。
具体实施方式
以为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
实施例1
一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，包括以下步骤：
1）预制体的制备成型，采用自动平板针刺机将12k纤维织成的碳布和80g/m²的碳布交替铺层，利用平板针刺将碳布和网胎针刺成带有Z向纤维的2.5D平板预制体，该平板预制体的密度为1.2g/cm³，平板尺寸为1200mm*800mm*550mm；
2）RTM工艺真空压力状态下固化，利用树脂内部真空导入和外部加压升温的方式对预制体平板进行热压固化，树脂剂为呋喃树脂加1%比例的对甲苯磺酸固化剂，升温到150℃，加压到1MPa，使得树脂完全固化填充到平板孔隙中；
3）平板碳化，用石墨板设计工装，将固化后的平板放入两块石墨板工装之间，按照呋喃树脂的碳化曲线工艺进行升温碳化，碳化温度为950℃，然后炉内自然冷却到室温；
4）液相浸渍，将平板放入真空压力浸渍炉内用呋喃树脂对平板进行浸渍，每块平板之间垫上碳毡块保证平板之间的浸渍液全部渗进去，利用真空压差将浸渍液全部吸入装有平板的炉内，然后打压至2MPa，保压3h后将多余浸渍液返出，炉子升温180℃进行增密，使得板材密度达到1.6g/cm³；
5）高温石墨化提纯，利用碳化时所用到的石墨工装所平板进行高温石墨化处理，处理温度为2000℃；
6）按照要求机械加工成所需承载框的精密尺寸。
实施例2
一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，包括以下步骤：
1）预制体的制备成型，采用自动平板针刺机将12k纤维织成的碳布和70g/m²的碳布交替铺层，利用平板针刺将碳布和网胎针刺成带有Z向纤维的2.5D平板预制体。该平板预制体的密度为1.0g/cm³，平板尺寸为1300mm*1200mm*550mm；
2）RTM工艺真空压力状态下固化，利用树脂内部真空导入和外部加压升温的方式对预制体平板进行热压固化，树脂剂为氨酚醛树脂，升温到140℃，加压到1MPa，使得树脂完全固化填充到平板孔隙中；
3）平板碳化，用石墨板设计工装，将固化后的平板放入两块石墨板工装之间，按照酚醛树脂的碳化曲线工艺进行升温碳化，碳化温度为900℃，然后炉内自然冷却到室温；
4）液相浸渍，将平板放入真空压力浸渍炉内用呋喃树脂对平板进行浸渍，每块平板之间垫上碳毡块保证平板之间的浸渍液全部渗进去，利用真空压差将浸渍液全部吸入装有平板的炉内，然后打压至2MPa，保压3h后将多余浸渍液返出，炉子升温180℃进行增密，使得板材密度达到1.55g/cm³；
5）高温石墨化提纯，利用碳化时所用到的石墨工装所平板进行高温石墨化处理，处理温度为2050℃；
6）按照要求机械加工成所需承载框的精密尺寸。
实施例3
一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，包括以下步骤：
1）预制体的制备成型，采用自动平板针刺机将12k纤维织成的碳布和50g/m²的碳布交替铺层，利用平板针刺将碳布和网胎针刺成带有Z向纤维的2.5D平板预制体。该平板预制体的密度为1.10g/cm³，平板尺寸为2000mm*1500mm*600mm；
2）RTM工艺真空压力状态下固化，利用树脂内部真空导入和外部加压升温的方式对预制体平板进行热压固化，树脂剂为呋喃+氨酚醛树脂比例1:1，升温到180℃，加压到1MPa，使得树脂完全固化填充到平板孔隙中；
3）平板碳化，用石墨板设计工装，将固化后的平板放入两块石墨板工装之间，按照呋喃和酚醛树脂的碳化曲线工艺进行升温碳化，碳化温度为920℃，然后炉内自然冷却到室温；
4）液相浸渍，将平板放入真空压力浸渍炉内用呋喃树脂对平板进行浸渍，每块平板之间垫上碳毡块保证平板之间的浸渍液全部渗进去，利用真空压差将浸渍液全部吸入装有平板的炉内，然后打压至2MPa，保压3h后将多余浸渍液返出，炉子升温180℃进行增密，使得板材密度达到1.6g/cm³；
5）高温石墨化提纯，利用碳化时所用到的石墨工装所平板进行高温石墨化处理，处理温度为2100℃；
6）按照要求机械加工成所需承载框的精密尺寸。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）预制体成型，在平板针刺机上将碳布和网胎进行铺层，做针刺工艺，制成预制体板材；
2）RTM工艺真空压力状态下固化；
3）树脂板碳化；
4）液相浸渍增密；
5）高温石墨化处理；
6）机加工成型。
2.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中采用自动化平板针刺机将铺层的碳布和网胎进行Z向针刺，制备出2.5D预制体板材。
3.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：所述的针刺预制体板材密度为0.8~1.1g/m³，预制体板厚度为5~20mm，长度为1000~2000mm，宽度为500~1500mm。
4.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：上述步骤2）中对板材进行真空树脂导入，热压固化工艺，通过树脂浸渍，升温，加压固化得到碳/碳预制体板材，用所述树脂完全将碳/碳板材填充，使得板材孔隙率为1%~5%。
5.根据权利要求4所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：所述树脂为氨酚醛树脂或呋喃树脂中的一种。
6.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：上述步骤2）中的RTM工艺温度为120~200℃，加压压力为0.8~1.5MPa。
7.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：上述步骤3）中，将固化完的碳/碳板用工装放置好后吊入炭化炉内，按照呋喃和氨酚醛的碳化曲线进行碳化处理，碳化温度在800~950℃，工艺执行完后自然降温到室温。
8.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：上述步骤4）中，将碳化过的碳/碳板材再进行液相浸渍增密，使得板材密度≥1.4g/m³。
9.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料PECVD承载框的制备方法，其特征在于：上述步骤5）中，将达到密度要求的碳/碳板加上工装进行高温石墨化处理，处理温度为2000~2500℃。
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