本技术涉及太阳能光伏电池领域，更具体地说，它涉及一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框及其制备方法。
背景技术：
1、随着全球对可再生能源需求的不断增长，光伏产业作为其中的重要组成部分也迎来快速发展。在光伏电池片的生产过程中，pecvd(等离子体增强化学气相沉积)设备被广泛应用于沉积氮化硅减反射膜，以提高电池片的转换效率，而碳/碳载框作为pecvd设备中的关键部件，主要用于支撑和固定硅片，防止其在高温、高真空及等离子体环境下发生形变或破裂，同时确保镀膜过程的均匀性和质量，承载着硅片在镀膜过程中的稳定性和耐用性。
2、碳/碳pecvd载框具有质轻、高强度、高模量、高刚性、耐酸性好等优点，并且具备碳碳复合材料耐烧蚀、抗热冲击性、尺寸稳定性高等优点，作为pecvd设备青睐的电池片承载工装，碳碳材质的承载框不但延迟了使用寿命，而且在长期使用后，支撑架的尺寸能稳定保持，避免在运输过程中出现电池片开裂，造成损失，在承载框方面具有更加广阔的使用前景。
3、但是碳/碳载框技术壁垒高，生产难度大，目前国内使用主要依赖于进口，只有少部分厂家通过购买进口毛坯，在国内加工实现一定量产。
4、如申请公布号为cn 118108518 a的中国专利中阐述了一种用网胎铺层针刺的方法制备pecvd载框，但是针刺过程对于纤维产生一定的损伤，载框力学性能降低，而且在后期机加过程中可能会出现掉渣现象。再如cn116655397a的中国专利将短切碳纤维浸泡在分散液中然后采用抽滤方法得到碳纤维预浸料，之后将多层预浸料叠层模压的方法制备pecvd载框，此法避免了针刺对碳纤维的损伤，但是碳纤维在分散液中无法保持丝束状态，容易分散成为单丝碳纤维，导致载框的力学性能较低。
5、因此需要提供一种力学性能更好的碳/碳复合材料pecvd载框，对于碳碳pecvd的应用和提高设备安全性具有重要意义。
技术实现思路
1、为了制得力学性能更好的碳/碳复合材料pecvd载框，本技术提供一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框及其制备方法。
2、第一方面，本技术提供一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，采用如下的技术方案：
3、一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将碳纤维预浸料裁切为3-10cm不同长度的短切碳纤维，然后将不同长度的短切碳纤维混合制得短切碳纤维混合料；
5、s2、将粉末酚醛树脂、碳化硅粉、石墨粉混合球磨，制得球磨混合料；
6、s3、将步骤s1中的短切碳纤维混合料与步骤s2中的球磨混合料混合，使得球磨混合料包覆在短切碳纤维表面，得到复合混料；
7、s4、将复合混料依次进行模压成型、热处理、碳化处理、浸渍增密和石墨化处理以及机加工，制得短纤碳/碳复合材料pecvd载框。
8、通过采用上述技术方案，本技术将碳纤维预浸料裁切为不同长度的细丝，然后将不同长度细丝的短切碳纤维按比例混合模压，不同长度的碳纤维细丝相互缠结镶嵌，增加复合材料层间(z向)结合力，实现层间的紧密结合，增加载框的层间结合力，不分层，增强载框力学性能，而且未采用针刺方法，机加工后不产生z向毛刺，避免对硅片表面造成损坏。而且本技术中还添加有碳化硅粉以及石墨粉，碳化硅粉不仅有助于提高载框成品后抗氧化性能，更加重要的是碳化硅粉末和石墨粉末的添加可以包覆在短切碳纤维表面，增大碳纤维表面粗糙度，不仅有助于增加碳纤维与碳纤维之间的摩擦力与摩擦力，从而有助于增强碳纤维之间的结合以及层间结合力，而且相较于只采用碳纤维预浸料进行压膜和后续处理，处理过程中碳纤维预浸料碳化分解，形成孔隙，力学性能较低，而添加有上述填料后明显提高碳碳载框的力学性能。
9、可选的，步骤s1中的碳纤维预浸料通过以下方法制得：
10、将单向碳纤维置于由酚醛树脂与乙醇按照1：(8-10)的质量比混合后形成的浸渍液中，在40-50℃下浸渍40-60min，然后过滤后在65-75℃下烘干20-30min后制得。
11、通过采用上述技术方案，将碳纤维首先在酚醛树脂中进行浸渍后再裁切后进行后续处理，树脂预先浸润在碳纤维中，形成良好的结合界面，有助于在后续模压成型、热处理等热处理工序中，树脂更好地与碳纤维结合，形成更加致密和稳定的复合材料结构，防止高温情况下的分层现象，而且树脂浸渍后在低温下烘干，将溶剂乙醇挥发，而酚醛树脂发生物理变化，不会发生固化，而是粘度增加，从而有利于后续石墨粉等球磨混合料在短切碳纤维上的附着。
12、可选的，单向碳纤维在含有酚醛树脂的浸渍液中浸渍的时候，具体操作为：首先在40℃下浸渍10-15min，然后升高温度至45℃，同时施加低压0.1-0.2mpa，浸渍10-15min，然后升温至50℃，施加压力0.3-0.5mpa，浸渍10-15min，然后提压至0.6-0.8mpa，浸渍5-15min。
13、通过采用上述技术方案，选用逐步升温加压的方式进行浸渍，首先在常压下浸渍使得酚醛树脂等浸渍液进行自然渗透，然后升温施加低压，有助于酚醛树脂浸渍液进一步渗透到碳纤维的微小孔隙中，并初步排除部分气泡，然后继续升温升压，有助于进一步提高酚醛树脂的渗透同时进一步排除气泡，提高浸渍质量，最后再升压，提高酚醛树脂对于单向碳纤维的浸渍效果，增强两者结合力，并有效排除气泡，为后续加工形成更加致密的复合材料提供基础。
14、可选的，步骤s1中碳纤维预浸料制备过程中，将单向碳纤维首先在硝酸溶液中浸渍10-20min，浸渍温度为45-65℃，然后过滤后在含有酚醛树脂和乙醇的浸渍液中浸渍，且浸渍液中还添加有氨基聚乙二醇羟基和γ-氨丙基三乙氧基硅烷以及纳米二氧化硅；
15、氨基聚乙二醇羟基添加量为酚醛树脂的1-3wt％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量为酚醛树脂的2-5wt％，纳米二氧化硅添加量为酚醛树脂的1-3wt％。
16、通过采用上述技术方案，制备碳纤维预浸料的时候，首先在强酸性溶液硝酸溶液中浸泡，在碳纤维表面引入含氧官能团，而且增加碳纤维表面粗糙度和活性，然后在添加有氨基聚乙二醇羟基(nh2-peg-oh)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷以及纳米二氧化硅以及酚醛树脂的浸渍液中进行浸渍，γ-氨丙基三乙氧基硅烷具有活性氨基和硅烷官能团，氨基聚乙二醇羟基(nh2-peg-oh)含有氨基和羟基双官能团，在酸性条件下引入氨基基团，γ-氨丙基三乙氧基硅烷和氨基聚乙二醇羟基通过氨基与酚醛树脂中的羟基和碳纤维表面引入的含氧官能团发生化学键合，从而实现酚醛树脂与碳纤维之间的化学键合，形成更加牢固的界面结合，在厚度模压成型以及热处理等工序中，酚醛树脂与碳纤维之间的结合更加牢固，形成更加致密和稳定的连接结构，防止其在高温下的分层现象，提高最终产品的力学性能和层间结合力，而且纳米二氧化硅的添加可以与碳纤维表面含氧官能团作用，增强两者界面结合力，而且纳米二氧化硅的添加可以填充在碳纤维孔隙当中，对于碳纤维经过酚醛树脂浸渍处理后后续固化发生体积收缩进行补偿，进一步提高力学性能。
17、此外，更加重要的是，纳米二氧化硅以及γ-氨丙基三乙氧基硅烷引入硅烷基团，而氨基聚乙二醇羟基引入氮元素，在后续碳化高温热处理的时候，上述有机物碳化时引入硅元素和氮元素，再配合碳纤维在高温下形成碳氮键、碳硅键以及氮硅键等化学键，使得碳纤维之间除了物理搭建外还形成上述化学键合，进一步提高层间结合力，提高最终产品力学性能。
18、可选的，步骤s1中将长度为3cm、5cm和7cm的短切碳纤维按照1：(0.8-1.2)：(1.2-1.5)的质量比混合制得短切碳纤维混合料。
19、通过采用上述技术方案，短切碳纤维长度过短，其相互搭接效果较弱，制得载框力学性能弱，本技术中选用不同长度的碳纤维进行缠结镶嵌，最终制得载框在2-3mm薄的厚度可以达到密度1.5g/cm3，弯曲强度≥150mpa，制得载框厚度满足使用要求的同时力学性能更好。
20、可选的，步骤s2中粉末酚醛树脂、碳化硅粉和石墨粉按照1：(0.8-1.2)：(0.8-1.2)的质量比混合球磨。
21、通过采用上述技术方案，采用上述配比原料进行球磨的时候，最终制得载框的力学性能更优。另外，本技术中将粉末酚醛树脂、碳化硅粉和石墨粉通过球磨混合，通过机械力作用实现各组分之间的混合均匀，有利于后续在短切碳纤维上的均匀附着。
22、可选的，步骤s3中球磨混合料的添加量为短切碳纤维混合料添加量的1-5wt％。
23、通过采用上述技术方案，当球磨混合料添加比例较低的时候，短切碳纤维之间仍然存在孔隙和缺陷，容易降低最终载框的力学性能，而球磨混合料添加比例过高降低碳碳纤维的占比，导致制得载框产品刚度降低，力学性能仍然降低，选择本技术中添加比例的球磨混合料添加，可以确保短切碳纤维被充分包覆，而且内部孔隙和缺陷得到有效减少，有助于增强层间结合力，提高力学性能。
24、可选的，步骤s4中模压成型参数为：模压温度90-180℃，模压压力8-15mpa，模压时间40-100min。
25、可选的，步骤s4中将模压成型的坯体在220-280℃下热处理1-2h。
26、通过采用上述技术方案，将模压成型后的坯体进行高温热处理，释放树脂固化时的残余应力，降低后期碳化时分层的风险，提高产品力学性能。
27、可选的，步骤s4中热处理后坯体碳化处理在氮气氛围中进行，且碳化温度为750-900℃，碳化时间为2-3h。
28、可选的，步骤s4中浸渍增密具体操作为：将碳化处理后的坯体在酚醛树脂或呋喃树脂中浸渍，浸渍温度为40-60℃，浸渍压力为1-3mpa，然后在120-150℃下固化，然后在750-900℃下进行碳化，浸渍至坯体密度增加至密度增至1.5g/cm3以上。
29、可选的，步骤s4中石墨化处理温度为2000-2300℃。
30、通过采用上述技术方案，将模压成型和热处理后的坯体还进行碳化处理，碳化过程中，树脂等有机成分转化为碳，同时碳化硅粉和石墨粉也起到增强作用，形成碳骨架，然后通过浸渍增密，树脂浸渍液渗透到材料内部并填充孔隙，然后进行固化碳化，使得材料更加致密和均匀，提高力学性能，然后再进行高温石墨化处理，形成更高结晶度和层状结构的石墨相，形成厚度为5mm左右的坯体，然后机加工切削形成2-3mm的pecvd载框，具有更薄的厚度满足使用要求，同时达到更高密度和力学性能。
31、第二方面，本技术提供一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框，采用如下的技术方案：
32、如所述制备方法制得的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框。
33、通过采用上述技术方案，通过本技术提供方法制得的碳碳pecvd载框在2-3mm薄的厚度可以达到密度1.5g/cm3，弯曲强度≥150mpa的性能指标，具有更高的力学性能。
34、综上所述，本技术具有以下有益效果：
35、1、本技术将碳纤维预浸料裁切为不同长度的细丝，然后将不同长度细丝的短切碳纤维按比例混合模压，不同长度的碳纤维细丝相互缠结镶嵌，实现层间的紧密结合，增加载框的层间结合力，增强载框力学性能，未采用针刺方法，机加工后不产生z向毛刺，避免对硅片表面造成损坏，而且制得的碳碳pecvd载框在2-3mm薄的厚度可以达到密度1.5g/cm3，弯曲强度≥150mpa的性能指标，具有更高的力学性能；
36、2、本技术中还添加有碳化硅粉以及石墨粉，碳化硅粉不仅有助于提高载框成品后抗氧化性能，更加重要的是碳化硅粉末和石墨粉末的添加可以包覆在短切碳纤维表面，增大碳纤维表面粗糙度，不仅有助于增加碳纤维与碳纤维之间的摩擦力与摩擦力，从而有助于增强碳纤维之间的结合以及层间结合力，而且相较于只采用碳纤维预浸料进行压膜和后续处理，处理过程中碳纤维预浸料碳化分解，形成孔隙，力学性能较低，而添加有上述填料后明显提高碳碳载框的力学性能。
1.一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s1中将长度为3cm、5cm和7cm的短切碳纤维按照1：（0.8-1.2）：（1.2-1.5）的质量比混合制得短切碳纤维混合料。
3.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s2中粉末酚醛树脂、碳化硅粉和石墨粉按照1：（0.8-1.2）：（0.8-1.2）的质量比混合球磨。
4.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s3中球磨混合料的添加量为短切碳纤维混合料添加量的1-5wt%。
5.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s4中模压成型参数为：模压温度90-180℃，模压压力8-15mpa，模压时间40-100min。
6.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s4中将模压成型的坯体在220-280℃下热处理1-2h。
7.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s4中热处理后坯体碳化处理在氮气氛围中进行，且碳化温度为750-900℃，碳化时间为2-3h。
8.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s4中浸渍增密具体操作为：将碳化处理后的坯体在酚醛树脂或呋喃树脂中浸渍，浸渍温度为40-60℃，浸渍压力为1-3mpa，然后在120-150℃下固化，然后在750-900℃下进行碳化，浸渍至坯体密度增加至密度增至1.5g/cm3以上。
9.根据权利要求1所述的一种短纤碳/碳复合材料pecvd载框的制备方法，其特征在于：步骤s4中石墨化处理温度为2000-2300℃。
10.一种通过如权利要求1-9中任意一项所述制备方法制得的短纤碳/碳复合材料pecvd载框。
