碳/碳坩埚预制体增强碳纤维缠绕线型设计

董九志 李晓晨 陈云军 杨素君

1. 天津工业大学机械工程学院，天津 300387；2. 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室，天津 300387；3. 天津工业大学电气工程与自动化学院，天津 300387

随着光伏行业的快速发展，作为直拉单晶硅热场重要部件的石墨坩埚阻碍了热场技术的发展。为提高单晶硅的生产效率并降低成本，众多机构展开了用碳/碳复合材料坩埚替代石墨坩埚的研究。相比于石墨坩埚脆性大、强度低、结构复杂等不足，碳/碳复合材料坩埚具有结构简单、热膨胀系数小、质量轻、高温强度高、抗热震性好，在急热、急冷环境中使用时不开裂、使用寿命长等优点[1-5]。当前，碳/碳坩埚预制体多通过单次铺层、逐层针刺加工而成，相比编织成型的碳/碳坩埚预制体，针刺技术成本低、工艺简单，然而整体针刺成型制得的碳/碳坩埚预制体纤维连续性差，长期承载大量重物时易开裂。

碳/碳坩埚预制体增强碳纤维缠绕是在坩埚芯模碳布针刺铺层的基础上进行碳纤维缠绕增强。均匀稳定的缠绕线型将有效增加碳/碳坩埚预制体中连续纤维的含量，提高形状稳定性的同时确保其高负荷时所需的强度。在缠绕线型设计方面，郭凯特等[6]针对不等开口极孔的复合材料压力容器，提出了一套非测地线缠绕线型设计方法，并开发了一套仿真系统。杨海等[7]针对缠绕过程中纤维束重叠、压缩等原因导致的缠绕厚度不一，分析了纤维宽度、极孔尺寸及芯模结构等参数对缠绕厚度的影响。……