碳碳复合材料应用于直拉硅单晶生长的研究
碳碳复合材料制备工艺及研究现状
2、科研院所和企业的研发团队 及其成果
目前，国内外众多科研院所和企业都在积极开展碳碳复合材料制备工艺的研 究和开发工作。其中，中国科学院、清华大学、北京大学、浙江大学、上海交通 大学等高校和研究机构在碳碳复合材料的制备工艺方面取得了重要进展。众多企 业在碳碳复合材料的产业化方面也取得了显著成果，
（4）加工和成型：将表面处理后的碳纤维增强基体进行加工和成型，得到 所需的形状和尺寸。
2、碳碳复合材料制备中的关键 问题和解决方案
碳碳复合材料制备过程中的关键问题包括炭纤维或炭化纤维的制备、基体与 炭纤维或炭化纤维的界面结合、表面处理的效率和一致性等方面。针对这些问题， 目前的研究主要集中在以下几个方面：
研究现状
1、国家政策支持及项目进展情 况
近年来，各国政府纷纷出台相关政策和项目，支持和推动碳碳复合材料的研 究和应用。例如，中国政府在“十三五”国家科技创新规划中提出要大力发展新 型复合材料，并将碳碳复合材料列为重点发展的领域之一。同时，国内外众多科 研机构和企业也在积极投入研发和生产，推动碳碳复合材料制备工艺的发展和应 用。
引言
随着科技的不断进步，碳材料因其独特的物理、化学性质而受到广泛。特别 是纤维素碳化制备碳材料，由于其来源广泛、环保且具有优异的性能，在能源、 环保、材料等领域具有广泛的应用前景。因此，研究纤维素碳化制备碳材料的工 艺具有重要意义。
文献综述
纤维素碳化制备碳材料的研究可以追溯到20世纪60年代，随着科技的不断进 步，这一领域的研究取得了长足的进展。以前的研究主要集中在碳化温度、时间、 气氛等因素对纤维素碳化过程的影响上。近年来，研究者们还致力于探索纤维素 碳化过程中的反应机理，以及如何提高碳材料的性能。尽管取得了一定的进展， 但仍存在许多问题需要解决，例如如何提高碳材料的质量和产量，以及如何实现 工业化生产。
直拉硅单晶生长工艺流程与原理
隔离阀室 （翻板阀 室）
炉盖
主炉室 控制柜 坩埚提升 旋转机构
单晶炉的主要组成部分
1、炉体（基座、炉室、炉盖、液压系统） 2、晶体升降及旋转机构 3、坩埚升降及旋转机构 4、氩气和真空系统 5、加热系统（加热电源、热场） 6、冷却系统 7、控制系统
炉体
炉体（炉体由基座、炉室、炉盖及液压系统组成） 1、基座配合水平调整和防震设施为晶体提供良好的生长环境； 2、主炉室是晶棒生长的地方；副炉室是晶棒冷却的地方； 3、通过炉盖观察窗（主视窗、CCD窗）监控晶体生长全过程； 4、液压系统控制炉室打开与复位。 炉体调试重点： 1、炉子达到密闭性要求、极限真空和漏率合格； 2、调整调平垫块使炉底板达到水平度要求； 3、拧紧地脚螺栓； 4、液压系统运行平稳，限位调整，定位销检查。
单晶炉底座及地基和震源的隔离
外界震源包含： 1、真空泵运行振动 （措施：真空泵下用弹簧座主动隔震真空泵远离炉子）
2、基础所处土壤表层振动
（措施：基础四周挖减震槽隔离） 3、基础所处土壤深层振动 （措施：1、混凝土基础座在实土层2、混凝土基础不宜过高）
二、直拉单晶炉的基本结构
晶体提升 旋转机构 副炉室
免挂边、气泡、搭桥等。。
需要考量的因素： 1、装料一般原则；
2、掺杂剂类型及掺杂方法。
抽空——检漏——调压
1、将单晶炉密闭后抽真空，并使用氩气冲洗2-3次，
最后抽极限真空，关闭所有阀门检测炉压上升速度，
判断炉子泄漏率。一般冷炉泄漏率小于3帕/10分钟，
热炉泄漏率小于1-3帕/10钟认为合格。
2、炉子泄漏率合格之后开启真空阀和氩气阀，设定氩
1、静态热场 熔硅后引晶时的温度分布，由加热器、保温系统、坩埚位置等因素决定 。 2、动态热场
直拉硅单晶的氧和碳
直拉硅单晶的氧和碳直拉硅单晶中的氧和碳是一类很重要的杂质，氧和碳在直拉单晶中，可能形成微沉淀，可能在微沉淀基础上形成微缺陷，严重影响单晶质量，影响大规模集成电路性能和制造。
氧原子在硅单晶中大部以间隙原子状态存在，成Si-O-Si状态或SiO2和SiO4状态，熔点时，氧在固态硅的溶解度为(2.75±0.15)×1018/cm3，在熔硅中的溶解度为（2.20±0.15)×1018/cm3。
直拉硅单晶的氧主要来源于多晶硅，它的含氧量一般为1016/cm3~1017/cm3数量级，而直拉单晶硅中的氧含量一般在6×1017/cm3~2×1018/cm3，可见，单晶生长过程中有大量的氧进入。
石英坩埚对硅单晶的氧沾污非常严重，在1420℃以上高温下，硅熔体和石英坩埚进行化学反应：Si(熔体)+SiO2(固体)=2SiO反应结果，石英坩埚上生成一层固体一氧化硅，并不断溶解于熔硅中，生成一氧化硅气体也会溶解于熔硅，使熔硅氧浓度增高。
氩气氛下拉晶时，氩气中的氧会以不同形成溶入熔硅中，使硅单晶氧浓度增高。
直拉硅单晶一般单晶并没有部氧浓度高，尾部氧浓度低，单晶新面中心氧浓度高，边缘氧浓度低。
硅单晶的这种氧浓度分布既受坩埚污染影响，也受拉晶时氧蒸发和氧分凝效应影响。
坩埚中熔硅虽然离坩埚壁越近氧浓度越高，但在拉晶过程中，被单晶覆盖的熔硅氧不能蒸发，其余部分氧蒸发较快，在熔硅对流作用下，形成单晶中氧含量边缘高中心低的现象。
氧在硅中的平衡分凝系数一般认为是1.25，这很容易解释硅单晶头部含氧高尾部含氧低的事实。
但是，从硅氧二元相图看，氧在硅中的平衡分凝系数应该小于1，这和一般认为氧在硅中平衡分凝系数等于1.25相矛盾。
氧在单晶中分布呈并没有部高尾部低现象可以这样解释：由于多晶硅熔化时温度高，硅和石英坩埚（SiO2）反应激烈，大量的硅氧物进入熔硅，它们比重小，浮于熔硅上部，使得生长的单晶氧含量头部高，单晶在以后生长中，虽然硅和石英坩埚继续反应生成硅氧物进入熔硅，但由于温度较低反应缓慢，而且由于晶体和坩埚转动搅拌熔体中氧蒸发作用增强，使单晶尾部氧含量降低。
毕业设计(论文)-直拉单晶硅的制备
毕业设计（论文）-直拉单晶硅的制备题目：直拉法制备单晶硅的研究摘要：单晶硅是目前最广泛应用于光电子器件和太阳能电池领域的材料之一。
本研究主要通过直拉法制备单晶硅，并对其制备过程中的影响因素进行研究和优化。
使用不同的原料、控制拉丝速度和控制拉丝温度等参数进行实验，并通过光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段进行表征和分析。
关键词：单晶硅、直拉法、控制参数、光电子器件、太阳能电池1. 引言随着科技的快速发展，光电子器件和太阳能电池作为可再生能源领域的重要组成部分，对高纯度、大尺寸、无缺陷的单晶硅的需求越来越大。
直拉法是一种广泛应用于制备单晶硅的方法，通过控制拉丝过程中的参数，可以获得高质量的单晶硅。
2. 直拉法的工作原理直拉法制备单晶硅的过程主要包括原料准备、熔化、拉丝和固化等阶段。
在拉丝过程中，通过初始晶种的引入和拉丝速度的控制，可以实现单晶硅的制备。
3. 影响直拉法制备单晶硅的因素3.1 原料选择：原料的纯度和成分对单晶硅的质量有着重要影响，不同的原料对单晶硅的生长速率和晶体结构有不同的影响。
3.2 拉丝速度：拉丝速度对于单晶硅的形成和生长起到至关重要的作用，过快或过慢的拉丝速度都会影响单晶硅的质量。
3.3 拉丝温度：拉丝温度对单晶硅晶体的质量和纯度有很大影响，需在合适的温度范围内进行控制。
4. 实验设计和结果分析4.1 实验材料和设备的选择：选用高纯度硅片作为原料，使用恒温炉和拉丝机进行实验。
4.2 实验步骤：控制不同拉丝速度和拉丝温度下的直拉法实验。
4.3 结果分析：通过光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段对实验结果进行表征和分析。
5. 结论本研究通过直拉法制备单晶硅的实验，得出了原料选择、拉丝速度和拉丝温度对制备单晶硅的影响，并优化了制备过程中的参数，从而获得了高质量的单晶硅。
碳碳复合材料的研究进展
碳碳复合材料的研究进展材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。
C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。
由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。
C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。
由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。
到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。
自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。
80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。
近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。
碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。
1、碳/碳复合材料的制备工艺1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。
如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。
碳碳复合材料研究报告
碳碳复合材料研究报告碳碳复合材料研究报告摘要：碳碳复合材料是一种高性能的材料，具有高强度、高模量、高温耐性、抗氧化、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
本研究主要探讨了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
制备方法：碳碳复合材料的制备方法主要包括预浸料法、化学气相渗透法、热解反应法等。
其中预浸料法是最为常见的方法，其具体操作流程为：将碳化纤维浸渍于热解树脂中，干燥后在高温下处理，形成固态碳化体。
经多次重复处理后，形成高性能的碳碳复合材料。
性能测试：碳碳复合材料的主要性能指标包括强度、模量、断裂伸长率等。
通过拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验等方法进行测试。
实验结果表明，碳碳复合材料具有较高的强度和模量，断裂伸长率较低。
应用情况：碳碳复合材料被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
例如，在航空领域，碳碳复合材料可应用于制造飞机发动机叶轮、蒸汽涡轮、航空煤油轨道车的制动器、飞行器气动制动器等。
在汽车工业领域，碳碳复合材料可用于汽车刹车、转向系统等。
未来发展：随着科技的不断进步，碳碳复合材料的应用将会越来越广泛。
未来，碳碳复合材料的发展方向主要包括提高性能、降低成本、拓展新应用领域等方面。
同时，加强碳碳复合材料与其他材料的组合应用，推动碳碳复合材料的进一步发展与应用。
结论：碳碳复合材料是一种高性能、高强度的材料，具有广泛的应用前景。
本文介绍了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
直拉单晶硅等径生长过程直径建模与控制研究
直拉单晶硅等径生长过程直径建模与控制研究直拉单晶硅等径生长过程直径建模与控制研究摘要：直拉单晶硅是太阳能电池制造中常用的材料，其质量和直径对电池性能有着重要影响。
本文通过对直拉单晶硅等径生长过程的研究，提出了直径建模与控制方法，旨在提高单晶硅的生产效率和质量。
1. 引言太阳能电池作为一种可再生能源利用技术，具有广阔的应用前景。
直拉单晶硅作为太阳能电池的主要材料，其优良的电学性能和化学稳定性使其成为首选材料。
然而，直拉单晶硅的生长过程中直径的均匀性对电池性能有着重要影响。
因此，直径建模与控制研究对于提高太阳能电池的制造效率和质量具有重要意义。
2. 直拉单晶硅等径生长过程直拉单晶硅等径生长是指通过在熔融硅中拉取单晶硅晶体，使其直径保持不变。
在等径生长过程中，熔融硅在拉动和冷却的作用下逐渐凝固形成单晶硅。
直径建模与控制的关键在于准确预测和控制熔融硅的温度和流动状态，以确保单晶硅的直径均匀性。
3. 直径建模方法3.1. 热传导方程模型基于热传导方程的模型是最常用的直径建模方法之一。
通过考虑熔融硅的热传导和热辐射特性，可以建立一个与时间和空间相关的温度分布模型。
这个模型可以用来预测熔融硅的温度分布，从而间接地推断出单晶硅的大小和形状。
3.2. 流动力学模型除了考虑热传导，流动力学模型也是直径建模的重要方法。
通过考虑熔融硅的流动特性，如速度分布和涡流等，可以建立一个与时间和空间相关的熔融硅流动模型。
这个模型可以用来预测熔融硅中的流动情况，从而间接地推断出单晶硅的直径均匀性。
4. 直径控制方法4.1. 单晶硅引心设计单晶硅引心是直径控制的重要手段之一。
通过设计合适的引领机构，可以在等径生长过程中控制熔融硅的流动，从而影响单晶硅的直径。
4.2. 温度控制熔融硅的温度对等径生长过程中单晶硅的直径具有重要影响。
控制熔融硅的温度可以通过调节加热功率和冷却速度等参数来实现。
4.3. 流动控制熔融硅中的流动特性对等径生长过程中单晶硅的直径均匀性有着重要影响。
直拉单晶硅生长过程中的 磁场对氧含量的影响
直拉单晶硅生长过程中的磁场对氧含量的影响在直拉单晶硅生长过程中，磁场对氧含量的影响是一个备受关注的研究课题。
磁场作为一种外部环境因素，可能会对单晶硅晶体的形貌、结构和性能产生显著影响。
本文将从深度和广度两个方面对磁场对氧含量的影响进行全面评估，并撰写一篇高质量的文章，以便读者能更深入地理解这一主题。
1. 直拉单晶硅生长过程简介在直拉单晶硅生长过程中，磁场是一种常见的外部环境因素。
通过对磁场的调控，可以对单晶硅的生长过程进行精细控制，从而获得具有良好结晶质量和性能的单晶硅晶体。
而氧含量作为单晶硅中的一种重要杂质，其含量对单晶硅晶体的电学性能和机械性能具有重要影响。
磁场对氧含量的影响成为了一个备受关注的研究课题。
2. 磁场对氧含量的影响机制磁场通过影响单晶硅熔体中氧分子的运动和分布，进而影响了单晶硅生长过程中氧含量的变化。
具体来说，磁场可以影响单相熔体中氧分子的扩散和迁移，从而影响了氧的分布均匀性和浓度。
磁场还可能通过影响单相熔体中氧分子与硅原子的相互作用，改变了氧在单晶硅晶体中的固溶行为和扩散性能。
磁场对氧含量的影响是一个复杂的过程，需要深入研究和探讨。
3. 磁场对氧含量影响的实验研究已有多项实验研究表明，磁场对单晶硅生长过程中氧含量的影响是存在的。
通过控制磁场的强度和方向，可以显著改变单晶硅中氧的分布和含量。
一些实验表明，在特定磁场条件下，单晶硅中氧的偏聚现象得到了显著改善，氧含量的分布更加均匀。
另外，一些实验还表明，磁场对单晶硅中氧的固溶行为和扩散性能也有一定影响，从而改变了单晶硅的电学性能和机械性能。
这些实验研究为我们深入理解磁场对氧含量的影响提供了重要的实验依据。
4. 个人观点和理解从我个人的观点来看，磁场对氧含量的影响是一个复杂而值得深入研究的课题。
当前的研究主要集中在实验研究方面，对于磁场对氧含量的影响机制和原理尚未有一个清晰的解释。
未来的研究可以从理论模拟和计算方面入手，深入探讨磁场对氧含量影响的机理，从而为优化单晶硅的生长工艺提供理论基础和技术支持。
直拉法单晶硅生长的数值模拟和控制参数优化
直拉法单晶硅生长的数值模拟和控制参数优化王玉臣【摘要】采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长直径210 mm的硅单晶热场进行了模拟.后继加热器提高了晶体生长界面中心高度,对熔体温度梯度基本没有影响;热屏能改善晶体生长界面形状,使界面更加平滑,降低界面中心高度,并能降低熔体纵向温度梯度,得到更好的温度分布.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2015(044)007【总页数】5页(P13-17)【关键词】数值模拟;单层热屏;加强型热屏;后继加热器【作者】王玉臣【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.053半导体硅作为现代电子工业的基础材料，已有50～60年的历史，随着IC集成度的提高，给硅片质量提出了更高的要求，这就要求半导体材料行业能够提供直径更大、质量更好的单晶硅[1]。
而完全通过实验来进行单晶硅生长的研究，成本非常大，数值模拟因此迅速发展起来。
CrysVUn是一款能应用于晶体生长过程全局模拟的软件。
它以有限元方法和非结构化网格为基础，最近规则网格的数值计算被应用，基于混合网格的计算也能被应用。
该软件所预测的物理量已经为大量的实践所证实。
本文采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长直径210 mm硅单晶热场进行了模拟，研究了不同热屏类型、后继加热器对单晶炉中热场分布的影响[2]。
晶体生长速率是由生长驱动力所决定，驱动力越大，生长速率就越大。
可以推测，当晶体生长的外场（温度场、扩散场、对流场、电场、磁场等）条件不均衡时，不同取向和不同位置的生长驱动力不同，从而导致晶体生长速率的差异。
随着晶体尺寸的增大，这种差异将增大。
因此，在实际晶体生长过程中，晶体生长形态是可以通过外场条件控制的[3]。
界面形状及其稳定性是决定晶体质量的关键因素，凹液面生长时，晶体附近的自然对流花样变得紊乱，晶体直径难以控制，晶体中出现宏观缺陷并极易开裂。
直拉硅单晶生产过程中可能遇到的问题和解决方法
直拉硅单晶生产过程中可能遇到的问题和解决方法摘要：直拉硅单晶生产是一项复杂的工艺，其中可能会出现各种问题。
解决这些问题对于确保生产质量和效率至关重要。
在本文中，将介绍直拉硅单晶生产过程中常见的问题，并提供相应的解决方法。
关键词：直拉硅单晶；生产过程；问题；解决方法引言直拉硅单晶是用于制造太阳能电池和集成电路等高科技产品的重要材料。
在生产过程中，可能会遇到一些问题，影响生产效率和质量。
本文将讨论一些常见的问题，并提供相应的解决方法。
1直拉硅单晶概述1.1直拉硅单晶直拉硅单晶是一种重要的半导体材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路和其他高科技产品的制造中。
它具有优异的电学性能和热学特性，因此成为现代电子行业不可或缺的材料之一。
直拉硅单晶的生产是通过熔化高纯度多晶硅，然后在适当的温度和拉力下，将硅熔体从凝固器底部向上拉扯，形成连续的硅单晶柱。
这个过程中需要精确控制温度、拉力和拉速等参数，以确保晶体的质量和尺寸一致性。
1.2直拉硅单晶特点1.2.1高纯度直拉硅单晶的纯度非常高，其中杂质含量非常低，可以满足高要求的电子器件制造。
1.2.2大尺寸直拉硅单晶可以得到较大尺寸的硅片，可以实现更多的芯片制造和太阳能电池面积。
1.2.3优异的光电特性直拉硅单晶具有良好的光电转换效率和光损耗特性，适用于制造高效的太阳能电池。
1.2.4结构均匀性由于直拉过程的控制和优化，直拉硅单晶的晶体结构相对均匀，减少了晶界和位错等缺陷。
2直拉硅单晶生产过程中遇到的问题2.1晶体断裂或受损在拉晶过程中，晶体可能会因为拉力不均匀、温度变化或材料缺陷等原因而出现断裂或受损。
2.2晶体表面污染晶体的表面可能会受到氧化物、杂质或其他污染物的影响，导致晶体纯度降低或者局部区域的电性能下降。
2.3晶体尺寸和形状不均匀直拉过程中，如果拉力、温度或其他关键参数控制不当，可能导致晶体尺寸和形状的不均匀性，影响后续工序的加工精度和产品一致性。
2.4晶体结构缺陷晶体内部可能存在晶界、位错和点缺陷等问题，这些缺陷可能对晶体的电学性能和可靠性产生不利影响。
碳碳复合材料的应用
碳碳复合材料的应用综述碳碳复合材料是一种高性能材料，具有优异的力学、热学和化学性能。
随着科学技术的不断发展，碳碳复合材料的应用范围越来越广泛，涵盖了航空航天、汽车、军事、机器人等多个领域。
本文主要介绍碳碳复合材料的应用，包括航空航天、汽车、军事和机器人等领域。
一、航空航天领域在航空航天领域，碳碳复合材料主要用于制造高温介质下工作的发动机和推进系统零部件，如燃烧室、喷管和结构件等。
碳碳复合材料可以承受高温、高压和高速条件下的工作环境，具有耐烧蚀、抗熔化和抗热震动等优点，成为了航空航天领域中最重要的材料之一。
二、汽车领域碳碳复合材料在汽车制造中的应用主要集中在刹车系统和运动部件中。
碳碳复合材料的高温稳定性和摩擦性能，使其成为刹车系统中制动器盘和制动垫的理想材料。
在运动部件中，碳碳复合材料的高强度和高刚度使其被用于制造引擎配件、轮辐、悬架件等。
三、军事领域在军事领域，碳碳复合材料主要应用于制造导弹和卫星的热结构件、导热罩和喷气式发动机的结构件等。
碳碳复合材料具有极高的耐热和抗烧蚀能力，能够在高温、高压和高速的极端环境下工作，对于军事装备的稳定性和可靠性起到了关键作用。
四、机器人领域在机器人领域，碳碳复合材料主要应用于制造机器人的结构件、关节和末端执行器等。
碳碳复合材料的高强度、高刚度和轻量化特性，使其成为机器人零部件的理想选择。
碳碳复合材料的高温稳定性也改进了机器人在极端环境下的表现。
总结除了以上所提到的领域，碳碳复合材料还有一些其他的应用，例如核工业、电子学、运动器材等。
在核工业领域，碳碳复合材料的优异机械性能和较低的中子截面使其成为核反应堆的结构材料和转子材料的理想选择。
目前全球核反应堆中使用碳碳复合材料制造的部件数量逐年增加。
在电子学领域，碳碳复合材料也有一些应用，例如制造封装片、静电消除器、微波吸收材料等。
碳纤维增强碳碳复合材料还被用于制造半导体生产设备中的防静电夹具和盘子。
在运动器材领域，碳碳复合材料的高强度、高刚度和轻量化特性使其成为制造高端自行车、高尔夫球杆、滑雪板、曲棍球杆、保龄球球杆等器材的理想材料。
碳碳复合材料应用单晶炉热场
高温稳定性
碳碳复合材料具有出色的耐高温 性能，能够在单晶炉热场中保持 稳定的物理和化学性质，确保单
晶炉热场的稳定运行。
轻质高强
碳碳复合材料具有轻质、高强的 特点，能够有效减轻单晶炉热场 的重量，提高热场的热效率，降
低能耗。
长寿命
碳碳复合材料的化学性质稳定， 不易与炉内物质发生反应，能够 保证单晶炉热场的长寿命运行。
未来发展方向与展望
新型碳碳复合材料的研发
随着科技的不断进步，未来将会有更多新型的碳碳复合材料出 现，这些新材料将具有更高的性能和更广泛的应用领域。
优化制备工艺
目前碳碳复合材料的制备工艺还存在一些问题，如成本高、周 期长等，未来将通过优化制备工艺，降低成本、缩短周期，提 高碳碳复合材料的可重复性和可扩展性。
碳碳复合材料在单晶炉热场中的解决方案
抗氧化涂层处理
通过涂覆抗氧化涂层，提高碳碳复合材料在高温 环境下的稳定性。
材料匹配设计
在设计和制造过程中，充分考虑材料的热膨胀系 数匹配问题，以减少热应力。
优化制备工艺
通过优化制备工艺，提高碳碳复合材料的性能和 稳定性，减少长期使用中的性能衰退。
05 结论
碳碳复合材料在单晶炉热场中的重要性
03 碳碳复合材料在单晶炉热 场中的应用
碳碳复合材料在单晶炉热场中的优势
高温性能优异
轻质高强
碳碳复合材料具有出色的高温稳定性，能 够在极高的温度下保持结构和性能的稳定 性，满足单晶炉热场的高温需求。
碳碳复合材料具有轻质、高强的特点，能 够有效减轻单晶炉热场的重量，同时提高 设备的机械强度和刚性。
轻质高强
碳碳复合材料具有轻质、高强 的特点，能够有效减轻结构重 量，提高结构强度。
直拉法单晶硅生长技术的现状
直拉法单晶硅生长技术的现状摘要综述了制造集成电路（IC）用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术，硅片中缺陷的控制与利用（缺陷工程），大直径硅中新型原生空位型缺陷，硅外延片与SOI片，太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟，硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词：直拉硅单晶；扩散控制；等效微重力；空洞型缺陷；光电子转换效率；硅熔体结构一、光伏产业的发展趋势，及对硅材料的前景要求，直拉法单晶硅生长技术是现在主流生长技术之一光伏产业，是一种利用太阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用半导体器件的“光生伏打效应”原理进行光电转换的，因此把与太阳能发电系统构成链条关系的产业称为光伏产业。
光伏产业的链条，包括：硅矿-硅矿石（石英砂）-工业硅（也称金属硅）-多晶硅、单晶硅-晶圆或多晶硅切片-太阳能电池-组件-发电系统。
工业硅的纯度，一般为98-99.99%；太阳能级硅的纯度，一般要求在6N级即99.9999%以上。
与其他常规能源相比，光伏发电具有明显的优越性：一是高度的清洁性，发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化；二是绝对的安全性，利用太阳能发电，对人、动物、植物无任何伤害或损害；三是普遍的实用性，不需开采和运输，使用方便，凡是有太阳照射的地方就能实现光伏发电，可广泛用于通信。
交通、海事、军事等各个领域，上至航天器，下至家用电器，大到兆瓦级电站，小到玩具，都能运行光伏发电；四是资源的充足性，太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源。
据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
而到达地球表面的太阳能，大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。
地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。
人类只要利用太阳每天光照的5%，就可以解决和满足全球所需能源。
一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置[实用新型专利]
![一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/399dd78464ce0508763231126edb6f1afe007149.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202121997451.9(22)申请日 2021.08.24(73)专利权人 包头美科硅能源有限公司地址 014010 内蒙古自治区包头市昆都仑区金属深加工园区拓业路1号专利权人 江苏美科太阳能科技股份有限公司(72)发明人 马新星 王军磊 王艺澄 (74)专利代理机构 南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 32256代理人 任立(51)Int.Cl.C30B 15/00(2006.01)C30B 15/10(2006.01)C30B 15/02(2006.01)C30B 29/06(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置(57)摘要本实用新型涉及一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置，包括单晶炉及颗粒硅加料装置，单晶炉包括炉体，炉体中设石英坩埚，石英坩埚外设第一加热器，石英坩埚上方设导流筒，炉体内设保温筒，保温筒包括上保温筒及下保温筒，上保温筒上设有石墨大盖，导流筒装配在石墨大盖的通孔内，导流筒内设有水冷屏，下保温筒下设护底压板，炉体的底端设加热电极，炉体内还设有熔料坩埚、物料管道、第二加热器及气固旋风分离器，颗粒硅加料装置包括颗粒硅料筒、石英料管、进气口及出气口，石英料管通过送料管道及阀门与气固旋风分离器连接；通过对正常单晶炉的简单改造实现了颗粒硅在单晶硅行业中的直接加入使用，单晶硅的拉制成本降低，制备方法简单易行。
权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 215856443 U 2022.02.18C N 215856443U1.一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置，其特征在于：包括单晶炉及设置在单晶炉一侧的颗粒硅加料装置，其中：所述单晶炉包括炉体，所述炉体中设置有用于放置原料的石英坩埚（8），所述石英坩埚（8）外设有石墨坩埚，所述石墨坩埚外围设有第一加热器，所述石英坩埚（8）上方设有导流筒，所述炉体内设有保温筒，所述保温筒与所述炉体壁之间设有第一保温材料层（13），所述保温筒包括上保温筒（5）及下保温筒（14），所述上保温筒（5）设置于所述导流筒外围，所述下保温筒（14）设置于所述石墨坩埚外围，所述上保温筒（5）上还设有石墨大盖（15），所述石墨大盖（15）的中部设有通孔，导流筒装配在通孔内，所述导流筒内设有水冷屏（2），所述下保温筒（14）下还设有护底压板（16），所述护底压板（16）与炉体底端之间设有第二保温材料层（17），所述炉体的底端设有加热电极（12），加热电极（12）穿透所述护底压板（16）及第二保温材料层（17），所述炉体内还设有熔料坩埚（18）、物料管道（20）、第二加热器（19）及气固旋风分离器（21），所述熔料坩埚（18）设置于所述导流筒与上保温筒（5）之间且位于石英坩埚（8）上方，所述熔料坩埚（18）的底端设有孔，所述物料管道（20）的一端设置有上端开有排气口（22）的所述气固旋风分离器（21），另一端穿透所述石墨大盖（15）与所述熔料坩埚（18）连接，所述熔料坩埚（18）底端的两侧设有所述第二加热器（19）；所述颗粒硅加料装置包括颗粒硅料筒（29）、石英料管（27）、进气口（28）及出气口（31），所述颗粒硅料筒（29）用于放置颗粒硅（30），所述石英料管（27）竖直设置于所述颗粒硅料筒（29）中，所述颗粒硅料筒（29）上端的一侧设有进气口（28），另一侧设有出气口（31），所述石英料管（27）上远离颗粒硅（30）的一端通过送料管道（26）及阀门（25）与所述气固旋风分离器（21）的进料口（23）连接。
碳含量对直拉单晶硅片空位型缺陷的影响
【ｌ】Ｋｕｎｇ Ｃ Ｙ Ｅｆｆｅｃｔ《ｔｈｅｎｍｌ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ Ｃｚｏｃｌａｒａｌｓｋｉ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ １０５０。Ｃ［Ｊ－Ｉ．Ｊ Ａｐ毗Ｐｌａｙｓ．
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【２】Ｗｏｌｆ Ｅ，ｓｃＩｌｌ硼盯Ｗ：Ｒｉｃｍａｎｎ Ｉ－Ｉ，ｃｔ ａ１．１１圮ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ。ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｎｉｌｒｏｇｅｎ Ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ趵衅ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｆｏｕｒ ｉｎｃｈ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｒｙｓｔａｌｓ［１１．Ｍａｔｅｒ Ｓｅｉ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｂ，１９９６．３６（１－３）：２０９－２１２．
（ａ）ＮＣＣＺ
（ｂ）ＬＣＣＺ
ｔ）ＨＣＣＺ
圈１原十样品＊过标准Ｓｅｅｅｏ腐蚀被腐蚀１５ｍｌｎ后ＦＰＤ的典型肌片
图２显示了三种碳含量的直拇单晶原生硅片在标准Ｓｅｃｃｏ腐蚀液室温腐蚀１５ ｒａｉｎ后在直径方向 上ＦＰＤ缺陷的密度分布统计曲线。
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碍试点离硅片牛廿＆离（ｍｍｌ 图２原生样品经过标准ｓｅｃｃｏ腐蚀液腐蚀１５ ｒａｉｎ后ＦＰＤ缺陷密度的梧向统计分布
２２２（１）：５—２３． 【５】Ｃｈｅｒｔ Ｊ，Ｙａｎｇ Ｄ，Ｍａ Ｘ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｏｐｉｎｇ Ｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｅｅｉｐｉｔａｔｉ∞ｂｅｈａｖｉｏｆ ｉｎ ｉｎｔｅｍａｌ ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ
Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｓｉｌｉｃｏｎ阴．Ｊ Ｃｒｙｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ，２００６，２９０（Ｉ）：６１－６６．
Ｇｒｏｗｔｈ。２００７。３０６（２）：２６２．２６８． 【ｌｏ］Ｔａｋａｈａｓｈｉ Ｊ，Ｎａｋａｉ｜（．Ｋａｗａｋａｍｉ Ｋ ｅｔ ａ１．Ｍｉｅｒｏｖｏｉｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ａｎｄ／ｏｒ ｅａｒｂｏ，ｌ－ｄｏｐｃｄ Ｃｚｏｅｈｒａｌｓｋｉ－ｇｒｏｗｎ
单晶炉用碳碳复合保温材料
行业标准《单晶炉用碳/碳复合保温材料》（预审稿）编制说明一、工作简况1、立项目的和意义随着电子信息产业和光伏产业的发展，对单晶硅片的尺寸要求越来越大、性能要求越来越高。
为提高晶体硅的质量，降低制造成本，直拉单晶炉迅速朝大型化、自动化方向发展，这对单晶炉的保温材料也提出了更高的要求。
随着国产碳/ 碳复合保温材料的生产工艺的日趋成熟，国产碳/ 碳复合保温材料在光伏企业单晶炉的使用中，得到越来越多使用企业的认可。
碳/ 碳复合保温材料，是一种由碳纤维为增强体、碳质为基体构成的纯碳复合材料加工而成的高技术产品，适用于制造单晶炉热场的保温件, 同时也可适用于其他高温真空炉、保护气氛炉用碳/ 碳复合保温材料。
采用国产碳/碳复合材料制作的保温件，主要有保温板材、保温筒材等。
通过制定单晶炉用碳/ 碳复合保温材料标准，完善单晶炉用碳/ 碳复合保温材料的技术要求，有利于各生产厂家有标准可循，规范产品的生产、经营、使用行为，从而提高国产碳/ 碳复合保温材料的市场竞争能力，为提高和稳定单晶硅性能，促进电子行业、光伏行业的发展奠定基础。
2、任务来源根据工业和信息化部办公厅《关于印发2014 年第三批行业标准制修订计划的通知》（工信厅科函[2014] 628 号）的要求，由湖南南方搏云新材料股份有限公司（原湖南南方搏云新材料有限责任公司从2015年8月27日起更名为湖南南方搏云新材料股份有限公司）负责起草《单晶炉用碳/碳复合保温材料》，计划编号为2014—1287T—YB,要求于2015 年完成。
3、标准项目承担单位简况湖南南方搏云新材料股份有限公司成立于2006 年7 月，由中国兵器装备集团南方工业资产公司和中南大学等单位共同筹建。
公司主要研发、生产、销售新型碳/ 碳复合材料制品及相关设备。
主要产品为单晶硅生长炉热场系统、多晶硅 1 铸锭炉热场系统、氢化炉热场系统、蓝宝石晶体生长炉热场系统、以及热压烧结炉热场、军工配套材料等碳/碳复合材料制品，产品主要应用于太阳能光伏产业、电子信息产业、国防科技工业等领域，替代传统石墨热场系统和进口同类产品。
直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)9
【摘要】碳达峰、碳中和理念提出后,太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。
单晶硅作为主要的光伏材料,其质量决定着太阳能电池效率的高低,为了降低成本和提高产能,人们对单晶硅提出越来越高的要求。
直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法,其生产效率高,可实现自动化,直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。
然而随着晶棒尺寸增大,热场变化更加复杂,现有CZ工艺难以满足市场需求。
未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力,应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。
本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺,分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析,在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。
【总页数】13页(P1-13)
【作者】王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院;东京大学材料工程学院-8656;合肥工业大学计算机与信息学院;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O782
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碳/碳复合材料应用于直拉硅单晶生长的研究摘要：本文介绍了热系统在直拉硅单晶中的作用,对比了石墨与碳/碳复合材料的生产过程和性能特点与差异。
通过在单晶炉上的实验应用，证明了碳/碳复合材料比石墨材料具有更好的实际应用效果，在直拉硅单晶领域具有很好的应用潜力。
最后分析了碳/碳复合材料的一些不足，并提出了相应的解决方案。
关键词：碳/碳复合材料，直拉单晶炉，热系统保温装置引言直拉 (CZ)晶体生长法是一种广泛应用于半导体级和太阳能级硅单晶制备的主要生长方法。
直拉法硅单晶生长工艺较为成熟, 目前其最急待解决的是如何降低单晶的生产成本。
目前太阳能产业中，光伏组件中50% 以上的成本消耗于单晶和晶片的生产。
降低拉晶成本的方法多种多样，如改进热系统结构，变敞开式热场为密闭式热场，降低拉晶功率和保护气体消耗量；改进拉晶工艺，大幅提高晶体的拉制速率，提高晶体生长效率。
但在保证晶体质量的前提下，受制于热系统自身性能，单晶生长的成本很难进一步降低，因为单晶拉制所需的热系统中的各个部件大部分是石墨材料制造的，如加热器，保温筒和坩埚等部件均需使用国外进口的等静压高纯细石墨进行加工制造，价格比较昂贵。
国内制造的石墨材料由于质量不稳定，性能较差，只能用于底盘，盖板等非重要部件的加工。
近年来太阳能产业飞速发展，而产业必需的高质量优质石墨材料仍旧无法摆脱主要依赖进口的局面，供不应求的局面致使石墨材料的质量每况愈下，价格却不断上涨，单晶制造成本也跟着水涨船高。
因此寻找物美价廉，性能更加优异的替代材料成为了硅单晶制备产业的迫切愿望。
1 直拉法生长硅单晶介绍1.1生长工艺简介直拉法硅单晶生长是一种十分成熟的硅单晶生长方法，广泛地应用于各类半导体级和太阳能级硅单晶的生长制备。
其特点是通过电阻加热方法使盛放在石英坩埚中的硅多晶原料熔化成液态，通过控制加热器的功率高低，升高或降低熔硅的温度，使其达到晶体生长的合适温度。
将特定晶向的籽晶与熔硅接触并放大，同时通过提拉机构采用合适的速度向上进行旋转提拉，从而逐渐生长出一根特定晶向，直径均匀的硅晶体棒。
直拉法晶体生长过程主要分成抽空、原料熔化、降温、引晶、放肩、收肩、等径生长、收尾几个部分，通过采用合适的热系统和拉晶工艺，可以制备出较大直径的高质量无位错硅单晶，是现在太阳能行业最主要的晶体拉制方法。
1.2 单晶生长热系统介绍热系统是硅单晶成晶的最重要的条件之一，热场的温度梯度分布直接影响着是否能顺利的拉制出单晶以及硅单晶的质量。
现阶段热场的主要部件基本由石墨材料进行加工制造，如图1所示为典型的直拉硅单晶拉制热系统结构，不同的单晶炉内的热系统结构会有所差别，但总体结构基本一致。
其中的重要部件如加热器，保温筒等均需使用国外进口高纯石墨材料进行制造，为了解决成本，其中的一些次要部件，如隔热板等可以采用质量较好的国产石墨材料进行制造。
图1硅单晶热系统结构图在热系统中，保温装置的作用十分重要，单晶生长需要合适的温度梯度，保温装置可以在使熔体维持一个比较合适的温度梯度，以利于单晶的拉制。
保温装置的材质和形状，对熔体温度梯度有着很大影响，不合适的保温装置会使单晶拉制困难或晶体严重扭曲变形，造成晶体质量下降，成品利用率低。
通常保温装置是采用石墨材料制成的圆筒外裹数层碳毡，重量较大，不易更换。
石墨保温筒，在长期使用后，由于与Si 蒸气及挥发的SiO 反应，表面会变脆，易开裂，造成保温效果下降，影响单晶品质，如不及时更换，石墨筒老化损坏后易造成生产事故。
在石墨热系统中，更换频率最高的部件是石墨坩埚，由于其在单晶生长过程中长时间承受熔硅的重量，并要做旋转，还要承受拉晶结束后硅熔体结晶产生的冲击，因此对材料的承载能力，机械强度和抗冲击能力都有很高要求，历来高质量的石墨都是其制作的最佳材料，但通常使用寿命只能维持10几炉次，遇到突发事故后，使用寿命会更低，这主要是由于石墨材料的强度有限造成的，这在无形中也增加了单晶拉制的成本。
2 技术分析2.1石墨部件的生产过程直拉单晶生长热系统中的各个石墨部件主要采用国外进口的等静压高纯细石墨进行制作，这里以石墨坩埚的生产过程为例，介绍一下石墨部件的生产制作过程，如图2所示为石墨坩埚的整个制作过程。
上保温筒石英坩埚石墨保温筒和碳毡 石墨坩埚下保温筒坩埚杆下隔热板 上隔热板加热器电极过渡图2 石墨部件制作过程石墨部件的生产及其自身性质有如下几个特点：1）生产工序长, 每一个环节都是一个高耗能、高耗材的过程。
2）直拉单晶炉用石墨部件, 主要采用等静压高纯石墨制成, 要求精度较高, 生产大尺寸石墨部件时需要使用整块石墨材料进行制作，制作成本较高，尤其是石墨坩埚和保温筒这类更换周期较短的部件。
3）由于石墨材料的自身强度问题，石墨部件的连接部位磨损快,抗机械冲击和振动能力不强，不易制成结构复杂的部件。
4）抗热冲击能力差，反复急热、急冷使用时容易出现开裂。
5）使用寿命比较短。
2.2 碳/碳复合材料的生产过程碳/碳复合材料是以碳纤维增强碳基体的复合材料。
它除了能保持碳（石墨）原来的优良性能外，又能克服它的缺点，大大提高了韧性和强度，降低了热膨胀系数，尤其是因为相对密度小，具有很高的比强度和比模量。
碳/碳复合材料采用整体结构和近净成型的设计理念, 通过坯体制备、增密、纯化、高温热处理和表面涂层处理等工艺进行制造。
用来制备单晶硅热场的部件必须通过纯化处理, 以保证较低的金属杂质含量，如图3所示为一只碳/碳复合材料坩埚的制作过程。
图3 碳/碳复合材料部件制作过程碳/碳复合材料部件的生产工艺及其本身具有以下特点：1）生产工序短, 生产和使用能耗大大降低, 主要工序都在密闭设备中进行, 对环境影响不大。
2）采用成熟的三维编制技术,结构可设计性好, 尺寸精度高。
3）碳/碳复合材料部件采用整体的设计理念, 由碳纤维增强碳基体制备而成, 强度高是石墨的10倍左右,结构简单, 重量轻,替换方便。
4）碳/碳复合材料部件热膨胀系数小, 抗热震性好, 在急热、急冷环境中使用时不开裂, 使用寿命长。
如表1所示为石墨材料和碳/碳复合材料物理特性对比数据，从中我们也可以看出碳/碳复合材料的强度是远大于一般石墨材料的，其尺寸稳定性，耐冲击，抗震性和综合机械性能都要好于石墨材料，并且通过钝化处理后，其金属杂质含量可以控制在5PPM以下。
表1 碳/碳复合材料与石墨材料物理特性对比物理特性碳/碳复合材料石墨材料密度，g/cm-3 1.64～1.69 1.72～1.90孔隙度,% 2～15 9～12强度beyond scale 12～80 热导率,W(m . K)-1100 70～130 断裂韧度,MPa 13 1耐压强度,MPa 11～33 4.2～22抗弯强度, MPa 16～42 1.3～73 使用情况3.1碳/碳复合材料保温装置的实际使用情况在CG6000单晶炉上，在其他条件相同的情况下，采用南方博云生产的碳/碳复合材料保温筒分别替换了加热器外保温和热系统下保温装置，如图4所示为碳/碳复合材料下保温装置。
图4 碳/碳复合材料下保温装置通过对比更换前后原料熔化所需功率及单晶拉制所需功率，我们发现采用新型的碳/碳复合材料保温装置可以有效地降低拉晶功率15%左右，表2所示为采用石墨材料和碳/碳复合材料保温装置的拉晶及化料功率对比情况。
表2 石墨材料和碳/碳复合材料保温装置的拉晶及化料功率对比情况单位:kw功率石墨材料碳/碳复合材料化料功率95 88拉晶功率65 55通过多炉次开炉实验，并对拉制的单晶进行参数测试，我们发现采用碳/碳复合材料保温装置后，除了拉晶功率得以下降外，通过合理改进拉晶工艺，单晶的拉制速率也可以得到较高提升，如拉制三英寸<111>晶向单晶时，拉速由1.4提高到了1.6；拉制四英寸<111>晶向单晶的拉速由1.3提高到了1.5，这就进一步提高了单晶的生长效率，降低了拉晶成本。
对比更换碳/碳复合材料保温装置前后单晶的各项参数，并未发现单晶内杂质含量增高，单晶品质较好。
另碳/碳复合材料保温装置具有较强的吸湿特性，长时间放置后应先煅烧后再继续使用。
3.2碳/碳复合材料的破坏机理及应对措施在拉晶的过程中, 由于温度较高,挥发的SiO及高温产生的硅蒸汽,都会与碳/碳复合材料表面的碳反应生成部分SiC,其反应如下：理论表明[1]碳纤维的化学稳定性明显高于热解炭, 因此可以得出：碳/碳复合材料表面的热解炭与Si 蒸汽或SiO反应生成了碳化硅,Si通过扩散与表面的热解碳反应, 但是由于碳纤维会阻止Si向材料内部扩散, 所以只在碳/碳复合材料表面生成一层很薄的碳化硅,其余的硅蒸汽随着温度降低沉积在碳/碳复合材料表面, 在这种情况下形成的碳化硅,其粘结强度和硬度都不是很高, 冷却后很小的摩擦就能掉落。
碳/碳复合材料表面长时间使用后会看到有腐蚀坑的情况, 主要是表面的热解炭生成碳化硅脱落以后, 由于碳纤维是不被硅化的, 所以就会看到一些不连续的小蚀坑。
随着使用的进行, 表面露出的碳纤维被磨平, 这样更里层的热解炭又会被硅化, 如此反复进行, 碳/碳复合材料逐渐变薄，其变薄的速度主要取决于热解炭的结构和拆炉清理时产生的摩擦。
针对上述使用中出现的这种情况, 通常都是采用在碳/碳复合材料表面进行涂层处理的方法。
目前较为成熟的涂层方案是在碳/碳复合材料表层涂敷一层很薄的SiC，选择SiC作为涂层的原因是：1）SiC的硬度很高, 显微硬度为33400Mpa,仅次于金刚石, 能显著提高碳/碳复合材料表面的抗磨损能力, 提高碳/碳复合材料使用寿命和耐损程度。
2）SiC材料的热导率很高, 具有优异的高温强度和抗高温冲击能力, 热压碳化硅材料在1600 ℃的高温抗弯强度基本和室温相同，另外其抗热震性好,化学稳定性高，同时它能与碳基体具有较好的热膨胀相容性。
3）SiC高温涂层材料, 是目前研究最深入、发展最成熟的单层抗氧化涂层体系, 工艺成熟。
综上所述,使用涂层既能提高碳/碳复合材料表面的耐磨性能又能阻止高温下氧化气体对碳/碳复合材料表面的氧化和侵蚀, 可有效提高碳/碳复合材料的高温强度和使用寿命等[2]。
4 结论参数测试与实际使用情况均表明, 碳/碳复合材料完全可以直接应用于直拉硅单晶行业,其使用性能良好，与石墨材料相比, 具有重量轻、热膨胀系数低、强度大, 使用寿命长等特点。
碳/碳复合材料的出现和使用为直拉硅行业积极研究新型的热场材料，取代高耗能、高耗材石墨材料，实现节能减排提供了新的思路, 为将来完全使用碳/碳复合材料制备整个热场系统奠定基础。
虽然目前国内的大部分直拉硅单晶制备企业依然在使用传统的石墨材料制作热系统，但随着碳/碳复合材料在国外同行业中的大范围应用和国内技术人员对其更深入的了解，碳/碳复合材料在不久的将来势必会受到越来越多的关注，碳/碳复合材料的使用不仅可以有效地解决直拉硅单晶行业的能耗问题，改善单晶质量，更重要的是对解决我国半导体行业长期依赖进口高纯等静压石墨制品的局面有着积极影响, 对我国半导体行业的发展有着巨大的意义[3]。