[發明專利]一種石墨烯增強碳化硅加熱棒及其制備方法

在審

• 申請號: 202011267900.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112592185A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 沈麗明;戴鵬;吉成;王一峰
• 申請（專利權）人: 常州晶泰新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64;C04B41/85;C30B35/00
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 沈振濤

本發明公開了一種石墨烯增強碳化硅加熱棒及其制備方法，所述加熱棒包括熱區和冷區，所述冷區主要由以下質量百分比的原料制成：碳化硅72～93wt.％，氧化石墨烯4～13wt.％，碳化硼0.5～3wt.％，表面活性劑0.5～4wt.％，粘結劑2～8wt.％，各組分質量百分比之和為100％；所述熱區主要由以下質量百分比的原料制成：碳化硅85～96wt.％，碳化硼0.5～3wt.％，表面活性劑0.5～4wt.％，粘結劑3～8wt.％，各組分質量百分比之和為100％，并且熱區表面涂覆有濃度為0.1～4mg/L的石墨烯漿料，待烘干后，在其表面噴涂無機高溫涂層。本發明將碳化硅、氧化石墨烯、碳化硼按特定比例混合、干燥、壓制成形、真空條件下燒結制得石墨烯增強碳化硅加熱棒。石墨烯的加入，有效的避免了加熱棒出現局部過熱、易斷裂的現象，提高了加熱棒的使用壽命。

技術領域

本發明屬于碳化硅加熱棒技術領域，特別涉及一種石墨烯增強碳化硅加熱棒及其制備方法。

背景技術

在晶體生長爐領域碳化硅加熱棒是最普遍的電加熱元件。常規的碳化硅加熱元件主要由硅、碳等其它微量元素組成。碳化硅加熱元件按其相對電流或電阻的大小分為熱區和冷區兩個部分。熱區的電阻相對較高，冷區的電阻相對較低，冷區與導線、電源相連，當電流通過加熱元件時，熱區產生大部分的熱量，冷區產生較少的熱量。但是目前硅碳棒在使用過程中存在著熱區發熱不均勻、冷區電阻過大、易碎、使用壽命短等缺點。

發明內容

發明目的：針對現有硅碳棒熱區發熱不均，冷區電阻過大的問題，本發明提供了石墨烯增強碳化硅加熱棒及其制備方法，解決了冷區產生熱量多和熱區發熱不均的問題，增加了其使用壽命。

技術方案：為達到上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯增強碳化硅加熱棒，所述加熱棒包括熱區和冷區，所述冷區主要由以下質量百分比的原料制成：碳化硅72～93wt.％，氧化石墨烯4～13wt.％，碳化硼0.5～3wt.％，表面活性劑0.5～4wt.％，粘結劑2～8wt.％，各組分質量百分比之和為100％；所述熱區主要由以下質量百分比的原料制成：碳化硅85～96wt.％，碳化硼0.5～3wt.％，表面活性劑0.5～4wt.％，粘結劑3～8wt.％，各組分質量百分比之和為100％，熱區表面涂覆有濃度為0.1～4mg/L的石墨烯漿料；為了使其性能更優異，熱區表面涂覆的石墨烯漿料烘干后，再在其表面噴涂無機耐高溫涂層。

作為優選：

所述氧化石墨烯和石墨烯的制備方法選自Hummers法、Staudenmaier法或Brodie法中的一種。

所述表面活性劑選自脂肪酸、脂肪酸酯、聚醚中的一種或幾種。

所述粘結劑選自淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的一種或幾種。

所述冷區和熱區一體成形，熱區位于兩段冷區中間，冷區的直徑略小于熱區直徑.

所述的石墨烯增強碳化硅加熱棒的制備方法，包括以下步驟：

(1)冷區材料制作：將碳化硅、碳化硼、表面活性劑加入到氧化石墨烯水溶液中攪拌均勻，再加入粘結劑繼續攪拌均勻；將所得溶液噴霧干燥，然后置于氬氣中將氧化石墨烯還原成石墨烯，得到含有石墨烯的冷區材料粉體；

(2)熱區材料制作：將碳化硅、碳化硼、表面活性劑和粘結劑在水溶液中攪拌均勻，將所得溶液噴霧干燥，制得熱區材料粉體；

(3)將冷區材料粉體和熱區材料粉體一體成形，將坯體進行真空燒結，取出，將石墨烯漿料涂覆于熱區材料表面，烘干，即得；為了使其性能更優異，熱區表面涂覆的石墨烯漿料烘干后，再在其表面噴涂無機耐高溫涂層。

優選，步驟(1)中，所述還原的溫度為200～300℃。

優選，步驟(3)中，所述真空燒結，是在2000～2300℃下燒結2～5小時。