CN103044077A - 一种炭/炭埚帮抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种炭/炭埚帮抗氧化涂层及其制备方法,该抗氧化涂层由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉10%~40%,硅粉2%~20%,树脂20%~60%,稀释剂20%~35%,固化剂1%~6%。本发明还包括所述炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法。本发明之炭/炭埚帮抗氧化涂层抗氧化能力强,涂层与基体材料的结合力较好,无裂纹,无落粉现象;本发明之炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法无须经过高温烧结处理,制备工艺流程较短,重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及炭/炭复合材料的表面处理,具体涉及一种炭/炭埚帮抗氧化涂层及其制备方法。
背景技术
由埚帮和埚托构成的坩埚护埚是硅晶体生长炉热场***的主要部件,护埚内置装硅料的石英坩埚。硅单晶的生长温度为1450℃左右,在拉晶过程中埚帮需长时间承受氧化硅、硅蒸气的腐蚀与侵蚀,而埚帮的强度及其热稳定性,对热场***的安全起决定性作用。因此,为提高埚帮的抗氧化性能及热稳定性能,对埚帮进行涂层处理。SiC涂层热稳定性高,与炭基体化学相容性好,热膨胀系数相近,是目前用于炭材料氧化防护的主要涂层。
目前,制备SiC涂层的主要方法有:包埋法、化学气相沉积、等离子喷涂法,但这几种方法制备的SiC涂层一般含有很多微孔隙和微裂纹,抗氧化能力不强,抗热冲击性能欠佳。为了提高SiC涂层的抗氧化能力及抗热冲击性能,人们又采用不同的方法来封填裂纹,例如溶胶—凝胶法封堵等,但整个过程相对复杂,经济效益低;同时,单晶体硅炉内对灰分要求十分苛刻,特别是金属离子直接影响拉晶的品质,所以涂层配方选取极其严格,即要考虑到抗氧化效果,且要控制杂质含量,同时需要工艺简单,制造成本低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种工艺简单,制造成本低,在高温条件下抗氧化能力强的炭/炭埚帮抗氧化涂层及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
本发明之炭/炭埚帮抗氧化涂层,由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉10%~40%(优选20%~30%),硅粉2%~20%(优选3%~10%),树脂20%~60%(优选25%~50%),稀释剂20%~35%(优选25%~30%),固化剂1%~6%(优选2%~5%)。
本发明之炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)对炭/炭埚帮的表面用400~800目的砂纸打磨平整,用吸尘器吸去浮尘;
(2)按重量配比碳化硅粉10%~40%(优选20%~30%),硅粉2%~20%(优选3%~10%),树脂20%~60%(优选25%~50%),稀释剂20%~35%(优选25%~30%),固化剂1%~6%(优选2%~5%)将各原料混合,搅拌均匀,得浆料;用所得浆料采用喷涂或刷涂的方式涂覆于经步骤(1)处理后的炭/炭埚帮表面,涂覆厚度30~50μm;
(3)将经涂层处理后的炭/炭埚帮在室温条件下晾1~2小时后,置于固化炉中进行固化处理,以50±2℃/h的升温速率升温至120~260℃(优选200~240℃)后,保温烘烤1~2小时;
(4)将经固化处理后的炭/炭埚帮置入化学气相沉积炉中,对涂层进行致密化处理,化学气相沉积温度为900~1100℃,沉积时间10~20小时,碳氢气体流量为30~50L/min(优选35~45L/min),氮气流量为15~30L/min(优选16~20L/min)。
进一步,步骤(2)中,所述碳化硅粉为α-SiC,粒度为400~1200目,硅粉粒度为400~800目。
进一步,步骤(2)中,所述树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂或有机硅树脂。
进一步,步骤(2)中,所述稀释剂为乙醇或丙酮。
进一步,步骤(2)中,所述固化剂为对甲苯磺酸。
进一步,步骤(4)中,所述碳氢气体为甲烷、丙烷或丙烯。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:所制备抗氧化涂层无须经过高温烧结处理,制备工艺流程较短,重复性好;涂层抗氧化能力强且涂层与基体材料的结合力较好,无裂纹,无落粉现象。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例之炭/炭埚帮抗氧化涂层,由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉20%,硅粉3%,树脂50%,稀释剂25%,固化剂2%。
本实施例之炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)采用密度为1.5g/cm3,外径为540mm,内径为508mm,高度为395mm的炭/炭埚帮,对其表面用400目的砂纸打磨平整,用吸尘器吸去浮尘;
(2)按重量配比碳化硅粉20%,硅粉3%,树脂50%,稀释剂25%,固化剂2%将各原料混合,搅拌均匀,得浆料;用所得浆料采用喷涂的方式涂覆于经步骤(1)处理后的炭/炭埚帮表面,涂覆厚度40μm;
所述碳化硅粉为α-SiC,粒度为400目;硅粉粒度为800目;所述树脂为酚醛树脂;所述稀释剂为丙酮;所述的固化剂为对甲苯磺酸;
(3)将经涂层处理后的炭/炭埚帮在室温条件下晾2小时后,置于固化炉中进行固化处理,以50±2℃/h的升温速率升温至240℃后,保温烘烤1小时;
(4)将经固化处理后的炭/炭埚帮置入化学气相沉积炉中,对涂层进行致密化处理,化学气相沉积温度为1100℃,沉积时间20小时,碳氢气体丙烷流量为45L/min,氮气流量为20L/min。
本实施例制备的炭/炭埚帮抗氧化涂层,用于硅晶体生长炉热场***,在温度为1500℃的条件下使用1500小时,表面涂层脱落、落粉现象,失重约1.5%(见表1)。
实施例2
本实施例之炭/炭埚帮抗氧化涂层,由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉30%,硅粉10%,树脂25%,稀释剂30%,固化剂5%。
本实施例之炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)采用密度为1.5g/cm3,外径为636mm,内径为616mm,高度为255mm的炭/炭埚帮,对其表面表面用400目的砂纸打磨平整,用吸尘器吸去浮尘;
(2)按重量配比碳化硅粉30%,硅粉10%,树脂25%,稀释剂30%,固化剂5%将各原料混合,搅拌均匀,得浆料,用所得浆料采用喷涂的方式涂覆于经步骤(1)处理后的炭/炭埚帮表面,涂覆厚度40μm;
所述碳化硅粉为α-SiC,粒度为400目;硅粉粒度为800目;所述树脂为呋喃树脂;所述稀释剂为乙醇;所述固化剂为对甲苯磺酸;
(3)将经涂层处理后的炭/炭埚帮在室温条件下晾1小时后,置于固化炉中进行固化处理,以50±2℃/h的升温速率升温至220℃后,保温烘烤1.5小时;
(4)将经固化处理后的炭/炭埚帮置入化学气相沉积炉中,对涂层进行致密化处理,化学气相沉积温度为980℃,沉积时间10小时,化学气相沉积处理中丙烷流量为35L/min,氮气流量为16L/min。
本实施例制备的炭/炭埚帮抗氧化涂层,用于硅晶体生长炉热场***,在温度为1500℃的条件下使用1500小时,表面涂层脱落、落粉现象,失重约1.6%(见表2)。
表1 炭/炭埚帮抗氧化性能测试结果
时间(h) | 60 | 120 | 180 | … | 1380 | 1440 | 1500 |
失重率(%) | 0.5 | 0.52 | 0.52 | … | 1.42 | 1.45 | 1.51 |
表2 炭/炭埚帮抗氧化性能测试结果
时间(h) | 60 | 120 | 180 | … | 1380 | 1440 | 1500 |
失重率(%) | 0.48 | 0.51 | 0.52 | … | 1.56 | 1.57 | 1.59 |
Claims (8)
1.一种炭/炭埚帮抗氧化涂层,其特征在于,由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉10%~40%,硅粉2%~20%,树脂20%~60%,稀释剂20%~35%,固化剂1%~6%。
2.根据权利要求1所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层,其特征在于,由以下重量百分比的原料制成:碳化硅粉20%~30%,硅粉3%~10%,树脂25%~50%,稀释剂25%~30%,固化剂2%~5%。
3.一种如权利要求1所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对炭/炭埚帮的表面用400~800目的砂纸打磨平整,用吸尘器吸去浮尘;
(2)按重量配比碳化硅粉10%~40%,硅粉2%~20%,树脂20%~60%,稀释剂20%~35%,固化剂1%~6%将各原料混合,搅拌均匀,得浆料;用所得浆料采用喷涂或刷涂的方式涂覆于经步骤(1)处理后的炭/炭埚帮表面,涂覆厚度30~50μm;
(3)将经涂层处理后的炭/炭埚帮在室温条件下晾1~2小时后,置于固化炉中进行固化处理,以50±2℃/h的升温速率升温至120~260℃后,保温烘烤1~2小时;
(4)将经固化处理后的炭/炭埚帮置入化学气相沉积炉中,对涂层进行致密化处理,化学气相沉积温度为900~1100℃,沉积时间10~20小时,碳氢气体流量为30~50L/min,氮气流量为15~30L/min。
4.根据权利要求3所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碳化硅粉为α-SiC,粒度为400~1200目,硅粉粒度为400~800目。
5.根据权利要求3或4所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂或有机硅树脂。
6.根据权利要求3或4所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述稀释剂为乙醇或丙酮。
7.根据权利要求3或4所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述固化剂为对甲苯磺酸。
8.根据权利要求3或4所述的炭/炭埚帮抗氧化涂层的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述碳氢气体为甲烷、丙烷或丙烯。
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