[發(fā)明專利]一種表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113735627B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳新鋒;唐波
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州幄肯新材料科技有限公司;諸暨市幄肯中智新材料有限公司
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87;C23C4/134;C23C4/06;C30B15/00;C30B35/00
• 代理公司: 湖南天地人律師事務(wù)所 43221
• 代理人: 劉擎天

本發(fā)明提供一種表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料及其制備方法。本發(fā)明利用等離子噴涂方法噴涂高純鉭粉和石墨烯粉和快速滲碳碳化鉭化的制備表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料。所述方法包括石墨表面高壓水處理、高壓水共混粉體、等離子噴涂鉭粉、高溫滲碳原位碳化鉭化等步驟。本發(fā)明所述制備方法不僅生產(chǎn)效率高、能耗低、污染小、純度高、防熱沖擊性能好，高效低能，且最終形成的碳化鉭涂層致密、強(qiáng)度高、純度高、耐高溫沖刷。碳化鉭涂層最終拉拔強(qiáng)度可以達(dá)到5MPa，雜質(zhì)含量可以控制在2ppm以下，本發(fā)明所得到的表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料可直接用在真空及惰性氣體保護(hù)的高溫爐內(nèi)，能在1000—2500℃的溫度下穩(wěn)定使用，尤其是第三代半導(dǎo)體長晶爐熱場等高溫?zé)釄鲋斜夭豢缮俚臒釄霾牧稀?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨熱場材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面涂覆石墨碳化鉭涂層的石墨熱場材料及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨熱場材料因具有力學(xué)強(qiáng)度高、熱收縮率低、耐溫性高、金屬雜質(zhì)含量低即純度高等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于單晶硅直拉爐熱場、硅半導(dǎo)體長晶爐熱場、碳化硅半導(dǎo)體長晶爐熱場、光纖拉伸爐熱場、以及藍(lán)寶石長晶爐熱場等高溫?zé)釄鲋小５鞘珶釄霾牧显趹?yīng)用于第三代半導(dǎo)體碳化硅生長爐時，由于部分石墨碳容易受到高溫?zé)釠_擊而滲出進(jìn)而影響碳化硅晶體的生長，同時部分雜質(zhì)的滲出會影響到碳化硅的純度，導(dǎo)致材料發(fā)生應(yīng)力開裂，因此石墨熱場材料常常使用耐高溫的陶瓷材料進(jìn)行表面處理，防止碳元素和雜質(zhì)對晶體生長的影響。

現(xiàn)階段歐、美、日等國的石墨熱場材料主要采用表面涂覆碳化鉭的方法對石墨熱場材料進(jìn)行防護(hù)。但其存在純度低，需要添加其它黏結(jié)助劑，價格昂貴，制備時間長等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有材料的制備方法的不足之處，提供一種生產(chǎn)效率高、能耗低、污染小、且制備工藝簡單快速的表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種耐熱沖刷、純度高、防熱沖擊性能好、強(qiáng)度高的石墨熱場材料。

一種表面涂覆碳化鉭涂層的石墨熱場材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)石墨表面高壓水處理：采用高壓水包含球型碳黑的方法對石墨件表面進(jìn)行表面處理，使得石墨件表面變得凹凸不平；

(2)等離子粉體的共混：將高純鉭粉的去離子水溶液和高純石墨烯的水溶液通過高壓水槍同時噴到一個容器中進(jìn)行共混，共混后過濾和干燥，得到等離子噴涂粉體；

(3)等離子體噴涂：利用激光等離子噴涂設(shè)備，將等離子噴涂粉體等離子體化，通過往復(fù)來回快速噴涂在經(jīng)過步驟(1)表面處理后的石墨件表面；

(4)高溫滲碳原位碳化鉭化：將經(jīng)過步驟(3)噴涂后的石墨件放在高溫爐中，在高溫1500-2800℃條件下，氬氣氣氛下，鉭粉和石墨烯粉以及石墨基體相互滲透進(jìn)行原位反應(yīng)生成碳化鉭，形成碳化鉭涂層。

優(yōu)選的，步驟(1)石墨表面高壓水處理過程中，所述球型碳黑的直徑為 5-10μ m ，雜質(zhì)含量低于2ppm，碳黑含量為5-20％，水為去離子水，水壓為5-10 MPa。

本發(fā)明表面處理過程沒有粉塵污染，高壓水球型碳黑可以重復(fù)使用，制備過程更加環(huán)保，無污染，制備快速，這是本發(fā)明的一個發(fā)明點(diǎn)。

表面處理整個制備過程無需加入除了碳黑和水之外的雜質(zhì)，所處理的石墨材料純度不會受到表面處理的影響，最終得到的石墨處理件純度高。

優(yōu)選的，步驟(2)等離子粉體的共混過程中，所述鉭粉為直徑5-10μ m 的球型鉭粉，其雜質(zhì)含量小于2ppm；石墨烯為10-20層的石墨烯片，石墨烯的邊長為5-10μ m ；鉭粉與石墨烯的質(zhì)量比為15.1：1。

本發(fā)明所用的高壓水共混法，可以通過高壓水將兩種粉體材料快速地混合在一起，混合效果好，混合過程中沒有粉塵，制備過程更加環(huán)保，無污染，且混合快速，這是本發(fā)明的一個發(fā)明點(diǎn)。