[發明專利]一種低成本長壽命的碳陶熱場產品及其制備方法

有效

• 申請號: 202210872599.2
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115286393B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 李金偉;覃盛濤;吳立波
• 申請（專利權）人: 湖南世鑫新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/573
• 分類號: C04B35/573;C04B35/577;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/83;C04B35/65
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明公開了一種低成本長壽命的碳陶熱場產品及其制備方法。該碳陶熱場產品由碳纖維、熱解碳和SiC陶瓷構成，C含量為40％～80％，SiC含量為20％～60％，同時表面附著有原位反應形成的SiC涂層，所述制備方法為：在模具的底部鋪設Si粉，將碳碳熱場產品置于鋪設Si粉的模具中，然后于碳碳熱場產品的四周鋪設混合粉，再于碳碳熱場產品的頂面鋪設Si粉，進行熔融滲硅反應，即得碳陶熱場產品，所述混合粉由Si粉與SiC粉組成。本發明碳碳陶熱場產品整體致密度高，機械性能及抗硅腐蝕性能性能優異，可大幅度延長使用壽命。同時其制備工藝簡單可控，生產周期短，成本較低，可以克服大尺寸異形產品滲硅不均勻的問題。

技術領域

本發明屬于單晶硅拉制爐用熱場部件技術領域，具體涉及一種低成本長壽命的碳陶熱場產品及其制備方法。

背景技術

碳碳復合材料具有質量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊性好、損傷容限高、高溫強度高等突出特點，目前已取代石墨材料成為單晶硅拉制爐用的主要熱場材料。但是在拉晶的過程中，用來盛放硅料的石英坩堝以及熔化的硅料均會揮發產生大量的SiO₂和Si蒸汽，這些氣體與碳碳熱場材料接觸時容易發生氧化反應和硅化反應并逐步引起碳纖維的縮頸、劈裂等，最終導致力學性能大大降低。如此反復進行，碳碳熱場產品就逐漸變薄，或者出現開裂現象，導致產品破壞無法使用。

利用SiC置換碳碳復合材料中的部分C基體制作的碳陶復合材料不僅兼具了碳碳復合材料的性能優點，同時有效提高了其整體致密度、機械性能及抗硅腐蝕性能，可大幅度延長熱場產品的使用壽命，有望繼石墨材料、碳碳復合材料后成為制備熱場產品的第三代材料。

中國專利CN102731119B公開了一種采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密制備碳/碳/碳化硅復合材料坩堝的工藝方法；中國專利CN?102515812A公開了一種采用聚碳硅烷浸漬裂解制備碳碳化硅坩堝的工藝方法。但是這兩種方法制備周期長，成本高，不適用于規模生產。中國專利CN103553692B公開了一種采用液相滲硅法制備炭/碳化硅復合材料坩堝的工藝方法，其可一次成型，制造周期縮短，但是其未明確說明具體的裝爐方法，因此如何克服大尺寸異形產品滲硅不均勻的核心問題并未體現。

發明內容

針對現有碳碳熱場產品(包括坩堝、保溫筒、導流筒等)易被腐蝕以及碳陶熱場產品制備技術中存在的不足，本發明的第一個目的在于提供一種低成本長壽命的碳陶熱場產品的制備方法，通過梯度的設置熔滲粉末，可以實現滲硅的均勻。

本發明的第二個目的在于提供一種上述制備方法所制備的低成本長壽命的碳陶熱場產品。本發明提供的碳陶熱場產品由碳纖維、熱解碳和SiC陶瓷構成，C含量為40％～80％，SiC含量為20％～60％，SiC分布均勻，同時表面附著有原位反應形成的SiC涂層。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種低成本長壽命的碳陶熱場產品的制備方法，在模具的底部鋪設Si粉，將碳碳熱場產品置于鋪設Si粉的模具中，然后于碳碳熱場產品的四周鋪設混合粉，再于碳碳熱場產品的頂面鋪設Si粉，進行熔融滲硅反應，即得碳陶熱場產品，所述混合粉由Si粉與SiC粉組成。

本發明的制備方法通過在碳碳熱場產品的底部以及頂面分別鋪設Si粉，而在碳碳熱場產品的四周鋪設由Si粉與SiC粉組成的混合粉，可以有效的克服目前滲硅不均勻的問題。

優選的方案，所述混合粉從下至上，分為n層，所述n≧1，其中，其中任意一層的高度為150～300mm，所述混合粉，第n層中，Si粉與SiC粉的質量比為n:2～4。