[發明專利]一種自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結裝置

有效

• 申請號: 201510568122.5
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105135876B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 姚榮遷;毛宇;陳奮;徐瀟慧;賈茹;符長平;馮祖德
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門大學深圳研究院
• 主分類號: F27B9/04
• 分類號: F27B9/04;F27B9/06;F27B9/24
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及陶瓷薄膜，尤其是涉及在高溫環境氣氛下的一種自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結裝置。

背景技術

陶瓷薄膜是用特殊工藝技術，將陶瓷材料制成厚度在微米級別而仍能保持陶瓷優越性能的一類陶瓷材料。所制成的薄膜器件可用于集成電路、半導體電路等技術中。近年來，微電子機械系統(MEMS)作為新興技術，憑借其強大的生命力取得了日新月異的發展，由此帶動了一大批新型材料的研究與改良。其中，各種陶瓷薄膜材料由于具有一些優越的性能而受到眾多研究者的青睞。常見的陶瓷薄膜有：高介電常數的鈦酸鋇薄膜、鈦酸鉛薄膜，可用于制造大容量的薄膜電容器；摻鑭的鍶鋇鈦酸鹽薄膜，可制成熱敏輻射熱測量器；鈮酸鍶鋇薄膜，可制成熱釋電探測器；鈦酸鉍薄膜，可制成鐵電顯示器；釔鋇銅氧薄膜，可制成超導體；氧化鋁薄膜、氧化鋯薄膜、氧化鈦薄膜，可作為固-液分離膜使用；碳化硅薄膜具有擊穿電場高、熱導率大、介電常數小、電子遷移率高、熱膨脹系數低、抗輻射能力強及化學穩定性好等優異的物理化學特性，在微機電系統、功率器件、發光二極管(LED)等領域中發揮著重要作用。

目前薄膜制備技術眾多，主要集中在物理氣相輸運(PVT)、化學氣相沉積(CVD)、液相外延生長(LPE)、分子束外延法(MBE)和聚合物前驅體轉化法(PDC)等。化學氣相沉積法是制備薄膜的常用方法，由于其制備的薄膜均勻性好、能在大面積基底上成膜以及易于控制等優點倍受青睞，從而被廣泛應用于半導體生產以及元器件鍍膜工藝中，但CVD法仍存在許多不足之處，SiC沉積速率緩慢，成本高，且只能進行表面沉積，對于復雜高比表面的三維微結構的制造不適用。研究表明，借助硅基片高溫沉積3C-SiC薄膜，薄膜與基底Si存在著較大晶格失配(約為20％)和熱膨脹失配(約為8％)，導致產品存在大量的殘余應力，嚴重制約了SiC薄膜的使用范圍。并且在制作微執行器及微型機構等結構部件時，基底的剝離造成了薄膜產品的表面粗糙、工藝的復雜化及資源的嚴重浪費。相對而言，聚合物先驅體轉化法(PDC法)在薄膜的制備上就表現出顯著的優點，其原料可以是液態聚合物、溶液或熔體，涂覆于基底或注入模具后采用光交聯固化或熱壓成型等方法使其固化，可借鑒高分子材料加工工藝來加工各種部件，它特別適于制造復雜形狀的高比表面微型陶瓷器件。PDC法顯現出原料選取范圍廣、制備工藝簡單和先驅體裂解溫度較低等優點，并且可對先驅體的結構進行設計，以改變產物的組成、結構和性能，滿足不同材料的使用要求。因此，PDC法在高溫MEMS領域理論研究和應用方面都具有良好的前景。

先驅體轉化法是陶瓷材料制備領域的一次重大變革，它以有機金屬聚合物作為先驅體，經過不熔化處理和高溫裂解，使之變成無機陶瓷材料。以自支撐碳化硅陶瓷薄膜為例，本申請人在中國專利ZL2008100705331中將先驅體轉化法與熔融紡膜法相結合制備連續自支撐碳化硅陶瓷薄膜，它利用一種特殊的薄膜成型裝置，制備得到薄膜厚度更小、表面更平整、致密均勻、連續的PCS原膜，經過后續不熔化處理和高溫裂解即可制得自支撐碳化硅陶瓷薄膜，且該技術生產工藝簡單、成本低。但是，由于現有高溫燒結裝置存在均溫區較短、不能實現自動化等問題，導致薄膜后續的燒結工藝無法實現連續化。

目前有一些關于連續燒結爐裝置的專利，但是適用于自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結裝置還尚未發現。

中國專利CN201311177Y中關于多爐段連續燒結爐的設計，由于其內部存在多道爐門結構，因此只適合用于金屬粉末注射成型等方法制造的一些小尺寸零件的燒結，無法對連續自支撐陶瓷薄膜進行連續化生產燒結。

中國專利CN101839637A中關于連續燒結爐和制造系統的設計，雖然可以用于連續自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結，但是由于此裝置的入口和出口跟外部環境是相通的，因此無法滿足特殊的燒結氣氛要求。

中國專利CN2375937Y中關于推舟式真空電阻直熱式熱壓連續燒結爐的設計，雖然可以實現真空和特殊氣氛要求，但是其推舟式的連續進出料機構無法滿足連續自支撐陶瓷薄膜的連續化燒結要求，因此這個裝置也只可適用于金剛石制品、粉末冶金與金屬陶瓷產品的研制與生產。

通過以上研究分析發現，設計一種可用于自支撐陶瓷薄膜在高溫環境氣氛下的連續化生產燒結裝置是非常必要的。

發明內容

本發明的目的旨在針對現有陶瓷燒結裝置均溫區短、自動化程度低即無法實現連續化生產燒結的局限性，提供可用于高溫環境氣氛下的一種自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結裝置。

本發明設有高溫爐系統和樣品傳送系統；

所述高溫爐系統設有爐體、加熱裝置、真空裝置；