CN100546941C - 一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复相陶瓷材料领域。一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为(0.50~1.02)∶(0.81~2.02)∶(0.10~0.26)∶(0.10~0.26)∶(0.20~0.52),选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压或通电热压进行烧结,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料。本发明获得电阻率均匀、抗热震性好、耐金属熔蚀性好的多元复相陶瓷材,提高复相陶瓷坩埚的使用寿命;同时,生产过程成本低。该多元复相陶瓷材料用于制备导电坩埚。
Description
技术领域
本发明属于复相陶瓷材料领域,具体涉及一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
二硼化钛(TiB2)陶瓷具有熔点高(3200℃)、硬度高(3300Kg/mm2)、模量高(570GN/m2)、耐腐蚀等优点,而且是一种具有良好导电性的陶瓷,广泛应用于高温电极、高温结构材料、抗冲击部件、耐磨与耐腐蚀部件等领域。将导电的TiB2陶瓷和非导电的陶瓷结合起来得到合适电阻率的复相陶瓷,可以制备导电坩埚,在包装材料、多层膜电容器及显象管金属化等真空蒸镀行业具有广泛的应用,是真空蒸镀行业的关键耗材。最初,人们将不同比例的非导电BN陶瓷引入,得到TiB2-BN体系复相陶瓷,通过调控导电相和非导电相的比例获得不同的电阻率。而且,BN陶瓷能够提高蒸发坩埚的抗热震性,并且使得蒸发坩埚容易加工。制备过程则采用热压烧结方法,温度1400-1700℃,压力为10-30MPa,见文献[1]。但是,TiB2-BN复相陶瓷导电坩埚存在高温强度较差、容易吸潮等问题。文献[2]在TiB2-BN体系中引入了AlN陶瓷,采用1950℃、30MPa的热压烧结法得到TiB2-BN-AlN复相陶瓷坩埚,提高了坩埚对铝液的润湿性,但是存在导电率不均匀、使用温度降低等问题。文献[3]在TiB2-BN体系中引入了SiC陶瓷,采用热压法得到TiB2-BN-SiC复相陶瓷坩埚,这种坩埚在800-1800℃之间使用时电阻率变化仅为4%,但是存在寿命缩短等问题。文献[4]在TiB2-BN体系中引入了Ca,采用热压法得到TiB2-BN-CaO复相陶瓷坩埚,这种坩埚解决了吸潮问题,但是损失了坩埚的高温性能和对铝液的润湿性。国内提出了混合法热压烧结TiB2-BN-AlN复相陶瓷坩埚[5]、反应合成与热压烧结TiB2-BN-AlN复相陶瓷坩埚[6]、无压烧结BN复相陶瓷坩埚[7]、在金属表面涂覆TiB2陶瓷的金属坩埚[8]等方法,仍然没有解决国外专利存在的问题。
参考文献:
[1]Klaus Hunold,Alfred Lipp,and Klaus Reinmuth:Refractory,electricallyconductive,mixed materials containing boron nitride and process for theirmanufacture,United States Patent,No.4,528,120。
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[3]Edward D.Parent and Thomas B.McDonough:Electrically conductive boat forvacuum evaporation of metals,United States Patent,No.4,199,480。
[4]Jungling Thomas:Material for aging-resistant ceramic vaporizers,UnitedStates Patent,No.6,466,738。
[5]谢一心、邢维明、谢腾飞、邢程波:导电复合陶瓷蒸发舟的生产方法,中国专利申请号:200510040520.6。
[6]李敏超:导电复合陶瓷蒸发舟的制造工艺,中国专利申请号:86106491A。
[7]曾照强、胡晓清:无压烧结制备氮化硼复合陶瓷蒸发舟的方法,中国专利申请号:99119429.2。
[8]李殿国、刘万生、苏启、张虎寅:一种涂有二硼化钛的坩埚及其制造方法,中国专利申请号:94115523.4。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电阻率均匀、抗热震性好、耐金属熔蚀性好的用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料及其制备方法,该多元复相陶瓷材料用于导电坩埚,具有使用寿命长的特点。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料,其特征在于它的组成表示为:TiB2-BN-Ti3SiC2,TiB2所占质量百分比为30~60%,BN所占质量百分比为20~50%,Ti3SiC2所占质量百分比为20~50%。
上述一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为(0.50~1.02)∶(0.81~2.02)∶(0.10~0.26)∶(0.10~0.26)∶(0.20~0.52),选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压或通电热压进行烧结,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料;其中:采用感应热压进行烧结是在感应热压烧结炉中,以50~180℃/min的升温速度将温度升至1600~2000℃,保温30~120分钟,施加压力20~40MPa;采用通电热压进行烧结是在通电热压烧结炉中,以150~600℃/min的升温速度将温度升至1500~1900℃,保温30~60分钟,施加压力20~40MPa。
本发明通过Ti粉、Si粉、TiC粉反应合成Ti3SiC2,然后原位高温热压烧结获得TiB2-BN-Ti3SiC2密实复相陶瓷。TiB2陶瓷与Ti3Si C2陶瓷一样,均为六方层状结构,热膨胀系数相近,可以形成好的复合结构,从而获得优良的力学性能和抗热震性能。
本发明的有益效果是:利用Ti3SiC2陶瓷优异的导电性、抗热震性、耐腐蚀性和可加工性,将Ti3SiC2与TiB2、BN复合,获得电阻率均匀、抗热震性好、耐金属熔蚀性好的多元复相陶瓷材,提高复相陶瓷坩埚的使用寿命。同时,选用的原料简单,反应合成与原位热压烧结过程一步完成,生产过程成本低。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为0.50∶1.61∶0.15∶0.15∶0.31,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压进行烧结,在感应热压烧结炉中,以80℃/min的升温速度将温度升至1700℃,保温60分钟,施加压力30MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料;该多元复相陶瓷材料用于制备导电坩埚,其性能为:电阻率:2000μΩ·cm、抗弯强度:110MPa、抗压强度:300MPa、热导率:50WM-1K-1、热膨胀系数:5×10-6/K、高温使用寿命:12小时。
实施例2:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为0.67∶1.61∶0.10∶0.10∶0.20,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压进行烧结,在感应热压烧结炉中,以150℃/min的升温速度将温度升至1900℃,保温60分钟,施加压力30MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料;该多元复相陶瓷材料用于制备导电坩埚,其性能为:电阻率:1000μΩ·cm、抗弯强度:120MPa、抗压强度:400MPa、热导率:55WM-1K-1、热膨胀系数:5.1×10-6/K、高温使用寿命:13小时。
实施例3:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为0.59∶1.61∶0.13∶0.13∶0.26,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用通电热压进行烧结,在通电热压烧结炉中,以400℃/min的升温速度将温度升至1800℃,保温30分钟,施加压力30MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料;该多元复相陶瓷材料用于制备导电坩埚,其性能为:电阻率:800μΩ·cm、抗弯强度:120MPa、抗压强度:410MPa、热导率:60WM-1K-1、热膨胀系数:4.9×10-6/K、高温使用寿命:14小时。
实施例4:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为0.50∶0.81∶0.10∶0.10∶0.20,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压进行烧结,在感应热压烧结炉中,以50℃/min的升温速度将温度升至1600℃,保温120分钟,施加压力20MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料。
实施例5:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为1.02∶2.02∶0.26∶0.26∶0.52,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压进行烧结,在感应热压烧结炉中,以180℃/min的升温速度将温度升至2000℃,保温30分钟,施加压力40MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料。
实施例6:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为0.50∶0.81∶0.10∶0.10∶0.20,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用通电热压进行烧结,在通电热压烧结炉中,以150℃/min的升温速度将温度升至1500℃,保温60分钟,施加压力20MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料。
实施例7:
一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为1.02∶2.02∶0.26∶0.26∶0.52,选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用通电热压进行烧结,在通电热压烧结炉中,以600℃/min的升温速度将温度升至1900℃,保温30分钟,施加压力40MPa,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料。
Claims (2)
1.一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料,其特征在于它的组成表示为:TiB2-BN-Ti3SiC2,TiB2所占质量百分比为30~60%,BN所占质量百分比为20~50%,Ti3SiC2所占质量百分比为20~50%。
2.如权利要求1所述的一种用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料的制备方法,其特征在于它包括如下步骤:
1)按TiB2∶BN∶Ti∶Si∶TiC的摩尔比为(0.50~1.02)∶(0.81~2.02)∶(0.10~0.26)∶(0.10~0.26)∶(0.20~0.52),选取TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉,备用;
2)将TiB2粉、BN粉、Ti粉、Si粉和TiC粉均匀混合,置于石墨模具中,在氩气环境中采用感应热压或通电热压进行烧结,然后随炉冷却,得到用于导电坩埚的多元复相陶瓷材料;其中:采用感应热压进行烧结是在感应热压烧结炉中,以50~180℃/min的升温速度将温度升至1600~2000℃,保温30~120分钟,施加压力20~40MPa;采用通电热压进行烧结是在通电热压烧结炉中,以150~600℃/min的升温速度将温度升至1500~1900℃,保温30~60分钟,施加压力20~40MPa。
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Ti3SiC2基复合材料的研究现状及发展趋势. 朱达炎等.江苏陶瓷,第38卷第4期. 2005 |
Ti3SiC2基复合材料的研究现状及发展趋势. 朱达炎等.江苏陶瓷,第38卷第4期. 2005 * |
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