一種炭/炭複合材料坩堝的製作方法
2023-04-24 16:19:41 1
專利名稱：一種炭/炭複合材料坩堝的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種炭/炭複合材料坩堝，特別是ー種單晶矽爐用炭/炭複合材料坩堝。
背景技術：
直拉法製備單晶矽是ー種十分成熟的エ藝，其特點是通過電阻加熱的方式直接加熱炭/炭坩堝，通過熱傳導，將炭/炭坩堝內部石英坩堝中的矽粉融化成液態，控制合適的溫度，讓提拉機下方的定向籽晶粒與矽溶液接觸，在提拉機的旋轉和向上牽引作用下，具有一定規則序列的單晶矽棒便從溶液中生長出來。目前炭/炭複合材料坩堝首先取代了傳統的等靜壓石墨坩堝，原因是1.石墨坩堝強度低，在拉晶過程中中一方面要承受受石英坩堝和熔矽重力的擠壓，另一方面要克服旋轉作用對坩堝的磨損和機械衝擊，影響坩堝壽命；2.在拉晶過程中，Si蒸汽及揮發的SiO與石墨坩堝表面反應，使得坩堝表面變脆，粉化，同樣降低了坩堝的使用壽命。炭/炭複合材料坩堝，採用碳纖維編織體做骨架，通過化學氣相沉積エ藝，使基體炭滲透和沉積到纖維預製體的空隙當中，形成一種類似鋼筋混浄土結構，大大提高了坩堝的強度，據測試炭/炭複合材料坩堝的強度約是石墨坩堝強度的10倍。此外碳纖維較難與矽蒸汽反應，提高了炭炭複合材料坩堝的耐腐蝕性能，從而提高了坩堝的壽命。由於炭/炭複合材料的熱膨脹係數小，抗熱震性好，在極熱極冷的環境中，不易開裂，較石墨材料壽命較長提高了 3-5倍，在很大程度上降低了單晶矽的生產成本。雖然炭/炭複合材料坩堝的穩定性和壽命明顯優於等靜壓石墨坩堝，但是炭/炭複合材料表面的熱解碳會與Si蒸汽或SiO反應,生成碳化娃，由於碳纖維較穩定，不與Si反應，會阻止Si向材料內部擴散，所以在炭/炭複合材料的表面生成不均勻的碳化矽，同時一定量的Si蒸汽沉積在材料表面，這種條件下生成的碳化矽，無論是強度、黏度都比較差，冷卻後，很小的摩擦力就導致其脫落，這樣材料表面便出現了不連續的被腐蝕的小坑，凸出的碳纖維會在一次次的使用過程中被逐漸磨平，這種現象反覆進行，直到無法使用更換新的坩堝。
實用新型內容本實用新型的目的是提供ー種強度更高、使用壽命更長的炭/炭複合材料坩堝。本實用新型採用的技術方案ー種炭/炭複合材料坩堝，其包括由炭/炭複合材料製成的坩堝本體、均勻塗布在所述坩堝本體外表面的碳化矽外塗層以及均勻塗布在所述坩堝本體內表面的碳化矽內塗層。所述碳化矽外塗層和碳化矽內塗層的厚度為O. 1-1. 5mm,顯微硬度>30000MPa。本實用新型的有益效果是本實用新型採用化學反應法，在高溫燒結爐內，以ニ氧化矽和金屬矽為原料，控制二者的質量比，在一定的溫度條件下，在載氣的保護下，在炭/炭複合材料坩堝的表面生成一層均勻的碳化矽塗層，經高溫處理，提高了碳化矽塗層的純度和強度，該塗層的製備避免了坩堝在單晶矽內的腐蝕現象，提高了坩堝的強度和使用壽命。本實用新型中碳化矽塗層的製備中涉及的具體反應式為Si+SiΟ] —2Si0SiOg ..................2Si0 +02C+Si0 —ρ 2SiC+C0，Si+C ......................pr... SiC0碳化矽熱導率高，熱膨脹係數低，抗熱震性能好，用碳化矽製成的塗層與炭/炭複合材料坩堝本體具有較好的相容性，在1700°C高溫下，性能穩定，碳化矽內外塗層的使用，使得本實用新型炭/炭複合材料坩堝的壽命較沒有碳化矽塗層的坩堝提高了 20%。碳化矽內塗層和碳化矽外塗層的厚度在O. 1-1. 5mm,強度很高，顯微硬度在30000MPa以上，能夠大幅度提高炭/炭複合材料表面的耐磨損強度，防止了單晶矽爐內SiO蒸汽以及揮發的O原子對坩堝表面的腐蝕，提高材料的使用壽命。
圖I為本實用新型的結構示意圖。在附圖中1坩堝本體、2碳化矽外塗層、3碳化矽內塗層。
具體實施方式
如圖I所示，本實施例包括由炭/炭複合材料製成的坩堝本體I、均勻塗布在所述坩堝本體I外表面的碳化矽外塗層2以及均勻塗布在所述坩堝本體I內表面的碳化矽內塗層3。本實施例中碳化矽外塗層2和碳化矽內塗層3的厚度均為O. 5mm,顯微硬度>30000MPa。碳化矽熱導率高，熱膨脹係數低，抗熱震性能好，用碳化矽製成的塗層與炭/炭複合材料坩堝本體具有較好的相容性，在1700°C高溫下，性能穩定，碳化矽內外塗層的使用，使得本實用新型炭/炭複合材料坩堝的壽命較沒有碳化矽塗層的坩堝提高了 20%。碳化矽內塗層和碳化矽外塗層的厚度在O. 1-1. 5mm，強度很高，顯微硬度在30000MPa以上，能夠大幅度提高炭/炭複合材料表面的耐磨損強度，防止了單晶矽爐內SiO蒸汽以及揮發的O原子對坩堝表面的腐蝕，提高材料的使用壽命。
權利要求1.一種炭/炭複合材料i甘禍，其特徵在於其包括由炭/炭複合材料製成的i甘禍本體(1)、均勻塗布在所述坩堝本體(I)外表面的碳化矽外塗層(2)以及均勻塗布在所述坩堝本體(I)內表面的碳化矽內塗層(3)。
2.根據權利要求I所述的一種炭/炭複合材料坩堝，其特徵在於所述碳化矽外塗層(2)和碳化矽內塗層(3)的厚度為O.1-1. 5mm，顯微硬度>30000MPa。
專利摘要本實用新型涉及一種炭/炭複合材料坩堝，包括由炭/炭複合材料製成的坩堝本體、塗布在所述坩堝本體外表面的碳化矽外塗層以及塗布在所述坩堝本體內表面的碳化矽內塗層。本實用新型中碳化矽內塗層和碳化矽外塗層的厚度在0.1-1.5mm，強度很高，顯微硬度在30000MPa以上，能夠大幅度提高炭/炭複合材料表面的耐磨損強度，防止了單晶矽爐內SiO蒸汽以及揮發的O原子對坩堝表面的腐蝕，使用壽命較沒有碳化矽塗層的坩堝提高了20％。
文檔編號C30B15/10GK202643896SQ20122024014
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月26日 優先權日2012年5月26日
發明者王金鐸, 譚平, 楊海春, 梁伊麗, 王亞軍, 啜豔明, 喬子路, 張延國, 隗功飛, 劉洋 申請人:保定順天新材料股份有限公司