[發明專利]一種增強單晶爐熱場材料力學性能的方法

有效

• 申請號: 201610045503.X
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105695954B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 王彩華;劉汝強;周清波;王洋
• 申請（專利權）人: 山東國晶新材料有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C30B15/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發明涉及一種增強單晶爐熱場材料力學性能的方法，該方法是對單晶爐熱場材料表面進行涂層，包括步驟如下：以惰性氣體為載氣，將碳源氣體通過化學氣相沉積的方式在單晶爐熱場材料表面沉積一層涂層，沉積溫度900?960℃，沉積壓力3?6kPa。本發明對單晶爐熱場材料尤其是碳/碳復合材料表面進行涂層，涂層后的產品表面形成一層致密的碳層，能夠提高炭纖維與碳基體的結合能力。經過涂層后減少產品中的空隙，增大產品的密度，增加碳/碳復合材料的力學能行。由于致密的碳層存在，能夠保護碳/碳復合材料中基體碳與硅蒸氣的反應程度，減少腐蝕的程度。

技術領域

本發明涉及一種增強單晶爐熱場材料力學性能的方法，屬于碳/碳復合材料技術領域。

背景技術

目前，隨著太陽能光伏行業的快速發展，帶動了多晶、單晶硅行業的快速發展。在拉制單晶硅熱場中主要使用的材料有坩堝，電極，導流筒，坩堝筒，熱屏，支撐環等碳/碳復合材料。現在單晶爐熱場中坩堝有石墨和碳/碳兩種材料；石墨材料的坩堝受到加工難，純度低，需要進口，受到國外的控制和打壓等因素，已經難以滿足國內單晶硅行業的發展。隨著國內技術的發展，熱場碳/碳復合材料具有質量輕，耐腐蝕，高溫下性能穩定，易加工等優點正在逐漸取代石墨在單晶硅熱場中的位置。碳/碳坩堝的能夠滿足單晶硅中不同的尺寸的熱場，但是在使用中存在著吸硅等現象，嚴重影響著單晶爐熱場中碳/碳零件的使用壽命。

目前，針對碳/碳材料在單晶爐熱產中存在硅腐蝕現象，出現了涂層技術。但是，現有的涂層技術只針對石墨、多孔陶瓷材料、炭纖維等材料表面進行碳化硅涂層，包括纖維表面碳化硅涂層和石墨表面碳化硅涂層。在炭纖維表面碳化硅涂層的方法是將硅料和硅塊粉碎置于石墨坩堝中，加熱融化，將纖維置于坩堝上，讓炭纖維完全浸在硅蒸氣中，形成SiC包覆的炭纖維。石墨表面碳化硅涂層的方法是配置硅粉、石墨粉、石墨膠溶液和稀釋劑配制合適比例的溶液，與石墨在1100-1300度下加熱處理形成一種石墨表面碳化硅涂層。

然而，上述涂層針對炭纖維、石墨或者多孔陶瓷材料，而針對碳/碳坩堝等碳/碳復合材料的涂層卻很少。另一方面，上述涂層均使用SiC涂層，碳化硅涂層的原料是硅料或者有機硅烷，存在成本高，有毒等缺點。最后，纖維和石墨表面涂層工藝需要在高溫下進行，同時存在著生產周期長，生產工藝復雜等缺點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種對單晶爐熱場碳/碳復合材料表面進行涂層的方法，以提高如坩堝或者坩堝筒等熱場碳/碳復合材料的力學性能，增加產品在單晶熱場中的使用壽命。

本發明的技術方案如下：

一種增強單晶爐熱場材料力學性能的方法，該方法是對單晶爐熱場材料表面進行涂層，包括步驟如下：

以惰性氣體為載氣，將碳源氣體通過化學氣相沉積的方式在單晶爐熱場材料表面沉積一層涂層，沉積溫度900-960℃，沉積壓力3-6kPa。

根據本發明，優選的，所述的碳源氣體為丙烯，所述的惰性氣體為氮氣。

根據本發明，優選的，碳源氣體用量為0.2-0.5kg/h，惰性氣體流量為1-2m³/h。

根據本發明，優選的，沉積時間為5-10h。

根據本發明，優選的，所述的單晶爐熱場材料為碳/碳復合材料，進一步優選碳/碳復合材料坩堝、碳/碳復合材料坩堝筒。

根據本發明，優選的，上述碳/碳復合材料坩堝或碳/碳復合材料坩堝筒按如下方法制備得到：

a)將碳/碳復合材料坩堝預制體或碳/碳復合材料坩堝筒預制體置于在真空感應爐中，3-6kPa下，利用丙烯為碳源氣體，高純氮氣為載氣，在900-950℃下進行反應，形成碳/碳復合材料坩堝前驅體或者碳/碳復合材料坩堝筒前驅體；