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炭/炭复合材料单晶生长热场系统项目（炭/炭复合材料**吨/年、碳/石墨材料**吨/年）可行性研究报告**有限责任公司二OO 年月**有限责任公司地址：电话：院长：主管副院长：总建筑师：总规划师：编制人员：目录第一章总论 (4)（一）项目背景 (4)（二）项目主要经济技术指标 (9)（三）研究结论 (11)第二章市场预测 (12)（一）产品市场供应预测 (12)（二）产品目标市场分析 (13)（三）总体营销思路 (15)第三章建设用地规模与产品方案 (16)（一）建设用地规模 (16)（二）产品方案 (16)第四章场址选择 (19)（一）场址所在位置现状 (19)（二）场址建设条件 (19)第五章技术方案、设备方案 (22)（一）技术方案 (22)（二）主要设备方案 (23)第六章主要原材料、燃料供应 (25)（一）主要原材料供应 (25)（二）能源供应 (25)（三）主要原材料价格 (25)第七章总体布置、运输与公用辅助工程 (27)（一）总体布置 (27)（二）场内外运输 (27)（三）公用辅助工程 (28)第八章节能、节水措施 (31)（一）概述 (31)（二）节能措施 (31)第九章环境影响评价 (32)（一）项目建设和生产对环境的影响 (32)（二）环境保护措施方案 (32)（三）环境影响评价 (33)第十章劳动安全卫生与消防 (34)（一）劳动安全 (34)（二）生产事故及防范 (35)（三）职业危害的防护 (35)（四）消防设施 (36)第十一章组织机构与人力资源配置 (37)（一）组织机构 (37)（二）人力资源配置 (38)（三）员工培训计划 (38)第十二章项目实施进度 (39)（一）项目建设工期 (39)（二）施工进度安排 (39)（三）项目实施进度表（横线图） (39)第十三章投资估算 (41)（一）投资估算依据 (41)（二）估算范围 (41)（三）项目建设投资 (42)（四）资金筹措 (43)第十四章财务评价 (44)（一）评价依据、范围及指标 (44)（二）经济评价 (45)（三）财务评价 (47)（四）不确定性分析 (48)第十五章研究结论 (49)第一章总论受**有限公司的委托，我们对炭/炭复合材料单晶生长热场系统项目（炭/炭复合材料20吨/年、碳/石墨材料400吨/年）可行性进行了研究，通过对该项目所在地区的市场、环境、交通、电力、给排水、通讯等条件进行调查，收集有关基础资料，并与建设单位交换意见，在认真调查和分析资料的基础上编制了《炭/炭复合材料单晶生长热场系统项目可行性研究报告》。
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。
关于碳纤维关键技术及要点◎巢邕引言：碳纤维保温材料，是当前工业化产品的重要产物之一，其被广泛运用于各个领域，能够有效提升我国的现代化建设水平。
然而，在实际生产加工过程，其成型关键技术存在缺陷导致产品出现热场不稳定、耐腐蚀能力差、膨胀系数大等现象。
为改善此现象，研究人员应将科学技术充分利用起来，即将碳纤维真空近净成型机，作为当前与未来研究建设的重点工作，以满足行业建设需求。
一、研究碳纤维关键技术及要点的现实意义作为碳纤维的关键技术产物，碳纤维保温材料，其是目前全世界单位内性能最好的保温材料。
究其原因，与其具有低密度、导热系数低膨胀系数小、耐高温、耐腐蚀，且碳纤维轴向强度和模量高、无蠕变、耐疲劳性好等特点密切相关；在具体运用方面，还在航空航天、通讯光纤、新能源、高性能陶瓷制造以及晶体生长等领域得到广泛应用；特别是新能源光伏产业的发展，多晶铸锭炉、单晶炉热场、真空冶炼炉、气相沉积炉、硬质合金烧结炉、粉末冶金烧结炉等多种高温炉，均需要碳纤维保温材料。
然而，目前很大一部分仍普遍采用传统的隔热保温材料。
这就导致传统保温隔热材料难以做成薄型隔热层，导致炉体体积增加，以至于难以满足各种炉内所需的温度要求，且存在热场不稳定、耐腐蚀能力差、膨胀系数大等弊端。
为此，研究人员急需一种新型的碳纤维保温隔热产品，通过对其成型方式的优化调控，来实现量产与应用性能目标。
这样一来，才能为我国工业化生产建设进程提供良好的技术支撑。
二、碳纤维关键技术的应用现状现阶段，如圆柱形碳纤维保温产品的成型方式主要有三种；第一种为软毡包卷成型法，即将碳纸和软毡逐层包卷在和产品接近尺寸的圆柱体上，形成所需厚度后抽出圆柱体，得到相应尺寸的圆柱形保温产品。
第二种为软毡钢化成型法，即将一定厚度的碳毡做成两个同心但大小不同的圆，固大圆与小圆之间形成环形区域，后通过注入一定浓度的树脂溶液对碳毡进行钢化，从而制成相近尺寸的的产品。
第三种模压成型，其需要首先制作好模具，后将原料加入模具型腔内，再通过合模、固化、保压后才能将产品脱出。
关于降低单晶生产能耗和成本的方案一现状1 热场规格：大成新能源现有的单晶炉主要是京运通80、90炉和汉虹85炉，使用的热场结构为单晶炉厂家出厂设计的标准热场，规格分别是18寸和20寸，投料量的设计标准为60和80Kg。
2 投料量少：目前的实际投料状况为18寸的70Kg，20寸的100Kg。
3 能耗高：目前的热场使用功率都偏高，京运通在60至65Kw之间，汉虹炉更达到了65至70左右。
4 热场使用寿命低：尤其是石墨坩埚的使用寿命仅有35炉左右。
5 成本高：每公斤单晶的直接加工成本高达105元左右。
二技改方案针对以上实际状况，主要通过以下二项改进来达到降低能耗和降低生产成本。
1、针对现有单晶炉的实际状况重新设计全新的热场2、改变和提高工艺技术，提高操作工的操作方法和技能水平。
具体目标为：1 平均拉晶功率下降15至20千瓦，即至少比现有拉晶功率下降25%左右。
2 每公斤单晶的生产成本由现在的105元左右下降到70元左右，下降幅度为30%左右。
三实施措施1 根据现有炉子的状况重新设计节能型的热场，新热场采用碳碳复合材料+一体化保温材料+石墨材料的组合方式。
2 在结构上采用紧凑型全包围型的结构来保证能耗的最小损耗率。
3 采用先进的熔料工艺，熔料方法和提高员工的操作技能来提高热场的使用寿命，尤其是提高坩埚的使用寿命，将坩埚使用寿命由目前的35炉提高到70炉左右，提高一倍左右。
4 全面提高整个生产流程中各个环节的技术工艺和操作方法，增加单晶的一次成晶率和成品率。
通过以上对热场的重新设计和提高工艺技术操作水平以及提高现场的生产管理水平，就完全能达到降低能耗和降低生产成本的目标，见下表：1 能耗（Kw）项目技改前热场功率技改后热场功率增减备注炉型85炉20寸60~65 20寸40左右-25%左右取平均值90炉20寸65~70 21寸41左右-25%左右取平均值2 直接加工成本（每公斤）项目原成本现成本增减金额（元）105 70 -30%左右3 经济效益分析：（以60台单晶炉计算）以每台单晶炉月平均产量为1000Kg计算，以每公斤节约0元加工费计算则：每月每台单晶炉节约1000×30=30000元60台炉每月节约：30000×60=1800000元每年可节约1800000×12=21600000元通过以上分析可以明确知道通过对热场的技术改造和提高工艺技术水平和管理水平后，整个公司的生产效益是完全有很大的提高空间的。
第２期苏文佳等：单晶炉导流筒、热屏及炭毡对单晶硅生长影响的优化模拟５２５１引言直拉法（即Ｃｚ法）晶体生长是用于半导体和太阳电池单晶硅的主要生长方法。
对于太阳电池来说，最重要的是降低单晶棒的成本，光伏组件５０％以上的成本消耗于单晶棒和晶片的生产。
通常有两种方法来降低成本：一是降低加热器的功耗；二是提高拉晶速度。
两种方法中，提高拉速的方法更有效。
拉速提高，不仅缩短了晶体生长时间，节省了功耗，而且增加了产率。
但是，简单地提高拉速，会带来晶体质量的下降；拉速过快甚至可能产生多晶。
因此，在提高拉速的同时，必须对晶体生长系统的热场进行优化，以保证生长出质量合格的晶体。
工业设备的改造和试验非常昂贵并且耗时，利用计算机数值模拟，能够快速而经济地再现各种晶体生长过程，预测其中的物理现象，包括熔体湍流、气体对流、磁场、晶转、埚转、缺陷形成等【ｌ剖。
对于直拉法单晶炉，国内外学者在热场优化数值模拟方面进行了大量研究，北京有研的高宇、周旗钢等［１１分析了热屏和后继加热器对直拉硅单晶生长过程中固液界面形状的影响，河北工业大学任丙彦等设计了以矮加热器为核心的复合式加热器系统口ｊ，并引入导流筒∞Ｊ，降低了硅中的氧含量，也有利于提高拉速。
台湾国立大学的Ｌｅｅａ等Ｈ１设计了镀有不同涂层的钼和石墨热屏、增加了额外的侧面和底面保温层，大大降低了功率和氩气的消耗。
俄罗斯Ｓｏｆｔ－Ｉｍｐａｃｔ公司的Ｓｍｉｍｏｖａ等＂ｏ采用了一种新的炉体结构，生长速率增加了１５％一３０％。
在对单晶炉热场进行改进时，通常采用三种方法：（１）改变热屏的形状及尺寸；（２）改变侧壁和底部隔热层的厚度；（３）在热屏上方增加导流筒。
本文针对由江苏华盛天龙公司生产并广泛使用的ＤＲＦ．８５单晶炉，利用数值模拟方法，尝试对单晶硅的热场和生长进行改进。
目的是在保证晶体质量的前提下，降低功耗，提高拉速，实现节能并提高产率的目的。
２模型采用德国ＳＴＲ公司开发的晶体生长专业模拟软件ＣＧＳｉｍ，该软件用于直拉法Ｓｉ单晶生长，所预测的生长速率、功率消耗、晶体缺陷等已经被大量实验证实ｍ４‘。
单晶硅生长过程中SiC的危害及解决方法
摘要：通过对SiC的的介绍，以及对单晶炉内热场结构的分析，阐明SiC在单晶硅生长过程中的危害，并提出解决方案，提高单晶硅生产的成品率，增加石墨加热器的使用寿命，进而降低生产成本。
关键词SiC、单晶炉热场、石墨加热器寿命
1.引言：单晶硅生长需要单晶炉内具有良好的热场分布条件，在生长过程中，由于炉内附加的化学反应，生成SiC以及一些氧化物。
SiC由于熔点高于炉温度使其不能随氧化物一起被真空泵抽走排除而附着在石墨加热器上半部，随着加热器使用次数的增多，SiC附着增多，最终导致晶体生长的纵向温度梯度变小，使单晶生长过程中大量的结晶潜热不能很快的散发出去，导致最终断棱，影响成品率以及加热器的使用寿命。
基于以上问题，本文通过通过物理方法打磨加化学方法来去除加热器上面的SiC，并通过减少单晶炉内碳毡层数以避免炉内纵向温度梯度的变化对单晶硅生长过程的影响。
2．单晶炉内SiC的生成SiO在1800℃真空中为黄褐色物质在单晶硅生长过程中，会使用石英坩埚，其主要成分为SiO2，石英坩埚放置在石墨三瓣埚内，石英坩埚内则装满了纯净的硅，在高温下，SiO2+C=SiO+CO, SiO2+Si= 2SiO在炉内真空泵的抽空条件下，CO会从炉内管道排除；而SiO从三瓣埚上沿出来时，由于炉内采用下排气方式，当流经加热器时上部至中部时，SiO 会与加热器反应生成SiC：SiO+C=SiC+ CO
3. SiC的性质
SiC俗称金刚砂或耐火砂。
密度为3.217克/厘米3，熔点约为2700℃。
碳化硅的硬度很大硬度仅次于金刚石，具有优良的导热和导电性能，按照浓度由低到高颜色分别成黄色、绿色、黑色。
CZ单晶炉坩埚材料的新选择CZ单晶炉坩埚材料的新选择---碳/碳复合材料前言直拉法生产单晶硅是目前制备单晶硅的最主要方法，热场系统是硅材料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地拉出单晶和控制单晶的质量好坏。
因而热场的设计和改进对一个有竞争力的拉晶厂家来说非常重要。
热场的部件主要包括石墨加热器、石墨坩埚、导流筒、保温筒、埚托、炉底护盘等等，各家在设计过程中会略有不同，主要构成如图1。
图1 直拉单晶炉热场系统1.石墨坩埚在热场系统中的功能在拉制单晶的过程中，石墨坩埚作为关键核心部件的主要作用有如下几点：（1）高温承载作用：装满多晶硅原料的石英坩埚要置于石墨坩埚里面，石墨坩埚要承载石英坩埚和多晶硅等原料的重量，保证高温石英坩埚变软后，原料不会泄漏出来，并且在拉晶过程中要承载原料做旋转运动，因此，对其力学性能要求比较高；（2）传热作用：坩埚通过自身优良的导热性能，传导多晶硅原料融化所需的热量，融化温度在1600℃左右，因此，坩埚必须要有良好的高温导热性能；（3）安全作用：在紧急情况停炉时，由于多晶硅冷却时体积膨胀（大约为10%），坩埚短时间内会承受很大的应力，因石墨材料自身的强度较低，石墨坩埚在这种情况下一般都会炸裂而报废，甚至损坏相邻部件乃至整个热场，因此石墨坩埚强度较低是单晶生产稳定的隐患，急需更新换代，使用符合拉晶需求的抗折强度大的产品。
2.石墨坩埚的技术分析直拉单晶炉用石墨坩埚，主要采用等静压高纯石墨制成。
其生产过程见图2。
石墨坩埚的生产及其本身具有以下特点：（1）生产工序比较长，每一个环节都是一个高耗能、高耗材的过程；（2）直拉单晶炉用石墨坩埚，主要采用等静压高纯石墨制成,要求精度较高，生产大尺寸石墨坩埚成型困难，加工难度大，质量难以保证；（3）石墨坩埚做成多瓣，结构复杂，连接部位磨损快，容易漏硅，危害热场；（4）石墨坩埚脆性大，强度低，反复急热、急冷使用时容易开裂，使用寿命比较短。
碳碳热场用途碳碳热场是一种常用的热防护材料，具有广泛的应用领域和重要的作用。
本文将从碳碳热场的定义、特点、制备工艺、应用领域等方面进行介绍。
一、碳碳热场的定义碳碳热场是由碳纤维和炭化碳材料组成的一种复合材料，具有优异的抗高温性能和热防护性能。
碳纤维具有高强度、高模量和耐高温的特点，而炭化碳材料具有优异的导热性能和耐高温性能。
碳碳热场通过将碳纤维与炭化碳材料复合而成，能够在高温环境下保护被保护物不受热损伤。
二、碳碳热场的特点1.高温稳定性：碳碳热场具有优异的高温稳定性，能够在高温环境下长期稳定工作，不易发生热膨胀或热变形。
2.良好的热防护性能：碳碳热场能够有效地隔绝高温热源，减少热量传导，提供良好的热防护效果。
3.良好的导热性能：碳碳热场具有优异的导热性能，能够迅速将热量传导到外部环境，保持被保护物的温度稳定。
4.耐腐蚀性：碳碳热场具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的环境中长期稳定工作，不易受到化学物质的侵蚀。
三、碳碳热场的制备工艺碳碳热场的制备工艺主要包括预浸料制备、层叠、碳化和石墨化等步骤。
首先，将碳纤维浸渍于预浸料中，使其充分吸收预浸料中的碳源。
然后，将浸渍后的碳纤维层叠成所需的形状，并经过热压成型。
接下来，经过高温炭化处理，使预浸料中的碳源炭化形成炭化碳材料。
最后，通过石墨化处理，将炭化碳材料转变为石墨化碳材料，从而形成碳碳热场。
四、碳碳热场的应用领域碳碳热场具有广泛的应用领域，主要包括航空航天、航空发动机、火箭发动机、高速列车、核能领域等。
在航空航天领域，碳碳热场被广泛应用于航天器的热防护系统，能够有效地保护航天器在大气层再入过程中受到的高温热载荷。
在航空发动机和火箭发动机领域，碳碳热场能够有效地隔热和冷却燃烧室和喷管，提高发动机的工作效率和寿命。
在高速列车领域，碳碳热场能够提供良好的热防护效果，保护列车车体不受高速摩擦产生的热量损伤。
在核能领域，碳碳热场能够用于核反应堆的热防护系统，提供良好的热防护性能。
