CN105506735B - 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法 - Google Patents

一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105506735B
CN105506735B CN201510917843.2A CN201510917843A CN105506735B CN 105506735 B CN105506735 B CN 105506735B CN 201510917843 A CN201510917843 A CN 201510917843A CN 105506735 B CN105506735 B CN 105506735B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon material
structural member
material structural
dispersed paste
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510917843.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105506735A (zh
Inventor
钟德京
夏健
简晖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LDK Solar Co Ltd
Original Assignee
LDK Solar Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LDK Solar Co Ltd filed Critical LDK Solar Co Ltd
Priority to CN201510917843.2A priority Critical patent/CN105506735B/zh
Publication of CN105506735A publication Critical patent/CN105506735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105506735B publication Critical patent/CN105506735B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1229—Composition of the substrate
    • C23C18/1245—Inorganic substrates other than metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1291—Process of deposition of the inorganic material by heating of the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/04—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
    • C30B28/06—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids by normal freezing or freezing under temperature gradient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多晶硅铸锭用碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体及原位生长在所述碳材料结构件本体表面的致密碳化硅层，所述碳化硅层是由涂覆在所述碳材料结构件本体表面的混合分散浆料经过裂解而成，所述混合分散浆料包括聚碳硅烷、二甲苯和硅粉。所述碳材料结构件在高温状态下使用时，其上的碳化硅层的热稳定性较好，可以阻隔碳材料结构件本体与高温下熔融硅液的接触，从而减少硅锭中的碳杂质。本发明还提供了该碳材料结构件的制备方法，所述方法简单易操作，反应时间短，便于应用。

Description

一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法
技术领域
本发明属于多晶硅铸造技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法。
背景技术
现代光伏产业85％以上基于晶体硅片太阳电池，其中一半以上基于多晶硅片太阳电池。所需的多晶硅片由定向凝固的多晶硅铸锭切割制得。生产过程中多晶硅铸锭炉内涉及1500℃以上高温，因此多晶硅铸锭炉内普遍采用碳材料，包括石墨和碳-碳复合材料，制造耐温结构件(如盖板、护板、底板等)。多年以来业界共认，碳材料结构件在高温下的化学性质不稳定，会通过与炉内高温环境中的残余氧、氧化硅甚至与石英接触反应释放一氧化碳气体，一氧化碳进而与硅熔体反应释放碳，且部分碳材料的本体以碳颗粒、粉尘、碳碎末等形式掉入硅熔体，从而造成硅锭的碳污染，使铸造多晶硅材料中碳含量增高。迄今为止，没有适当材料可以代替多晶硅铸锭炉内使用的这些碳材料，由碳材料构件所造成的硅锭的碳污染问题依然存在。
CN201110242948专利中提到在碳材料表面施加均匀分布的硅源，然后在高温下保温，使表面发生硅-碳相互作用而形成碳化硅层，但该专利在制备过程中须将石墨埋于纯硅原料中，硅源在碳材料表面的均匀分布性难以保证，且生成的碳化硅晶体受热膨胀系数、结晶化程度的影响，无法获得致密的碳化硅层，非致密的碳化硅层将暴露大量的碳，从而导致碳进入硅锭中。
因此，有必要提供一种可有效降低硅锭碳含量的碳材料结构件及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种多晶硅铸锭用碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体及位于所述碳材料结构件本体表面的原位生长的致密碳化硅层，所述碳材料结构件在高温状态下使用时，其上的碳化硅层的热稳定性较好，可以阻隔碳材料结构件本体与高温下熔融硅液的直接接触，从而减少硅锭中的碳杂质。本发明还提供了该碳材料结构件的制备方法，所述方法简单易操作，反应时间短，便于应用。
第一方面，本发明提供了一种多晶硅铸锭用碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体，以及原位生长在所述碳材料结构件本体表面的致密碳化硅层，所述碳化硅层是由涂覆在所述碳材料结构件本体表面的混合分散浆料经过裂解而成，所述混合分散浆料包括聚碳硅烷、二甲苯和硅粉。
优选地，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(35％～54％)：(45％～60％):(0.1％～5％)。
进一步优选地，步骤(1)中，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(45-49％)：(50-52.5％):(1-2.5％)。
优选地，所述碳化硅层的致密度为90-96％。
优选地，所述碳材料结构件还包括渗透在所述碳材料结构件本体之间的原位形成的碳化硅渗透层。这样可将有原位生长过程中可能形成的带有气孔的碳材料结构件本体/碳化硅上的气孔进行封闭，提高碳材料结构件的致密性、均匀性，大大降低多晶硅铸锭用碳材料结构件在多晶硅铸过程中所造成的碳污染问题。
优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.01-5mm。
优选地，所述硅粉的粒径为0.01-100μm。
进一步优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.5-1.5mm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为5-20μm。
优选地，所述聚碳硅烷的分子量为1000-3000。
优选地，所述混合分散浆料还包括聚丙烯羟基碳硅烷、聚乙烯基硅烷、聚甲基硅烷、锑改性聚甲基硅烷和聚乙炔基碳硅烷中的一种或多种。
优选地，所述碳材料构件本体包括石墨底板、石墨护板、石墨盖板、C/C盖板、石墨硬毡、石墨导气孔套件和碳纤维编织件。
优选地，所述裂解的温度为1200-1600℃。混合分散浆料中的主要组分聚碳硅烷、硅粉可以在该温度范围内通过硅-碳相互作用在碳材料结构件本体表面原位生长形成碳化硅。
本发明第一方面提供的多晶硅铸锭用碳材料结构件，其中原位生长的碳化硅层的分布均匀、致密，当所述碳材料结构件在高温状态下使用时，所述碳化硅层的热稳定性较好，可以阻隔碳材料结构件本体与高温下熔融硅液的直接接触，从而减少硅锭中的碳杂质。
第二方面，本发明提供了一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)取混合分散浆料的各原料，将各原料混合后进行球磨，形成混合分散浆料，所述混合分散浆料包括聚碳硅烷、二甲苯和硅粉；
(2)将所述混合分散浆料涂覆于碳材料结构件本体表面，之后将涂覆有混合分散浆料的碳材料结构件本体放置于氩气保护的铸锭炉内，于1100-1600℃的温度下加热，反应结束后，冷却，得到多晶硅铸锭用碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体，以及原位生长在所述碳材料结构件本体表面的致密碳化硅层。
优选地，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(35％～54％)：(45％～60％):(0.1％～5％)。
优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.01-5mm。
优选地，所述硅粉的粒径为0.01-100μm。
进一步优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.1-1.5mm。
进一步优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.5-5mm。
进一步优选地，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.5-1.5mm。
本发明实施方式中，所述混合分散浆料的涂覆厚度为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为0.1-100μm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为1-100μm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为1-50μm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为1-20μm。
进一步优选地，所述硅粉的粒径为5-20μm。
本发明实施方式中，所述硅粉的粒径为0.1、1、1.5、2、5、8、10、15、20、30、40、50或100μm。
优选地，所述聚碳硅烷的分子量为1000-3000。
如本发明所述的，所述聚碳硅烷(Polycarbosilane，PCS)是主链有硅原子和碳原子结合而成的一类有机聚合物，在加热过程中，PCS会热解转化成SiC本体，并伴随各种有机基团的消失和气体挥发而失重形成许多气孔，由于PCS的热处理温度远远没有达到SiC的烧结温度，因而气孔不能排除。为了降低气孔的数目，通常的做法是将有气孔的碳/碳化硅材料在PCS-二甲苯溶液中反复浸渍热处理，以提升材料的密度和强度，缩小气孔。但这样做耗时较长，且气孔不一定能完全消失。
本申请中采用硅粉与PCS、二甲苯作为混合分散浆料，一方面，由于PCS中碳、硅元素的摩尔比并不是绝对的1:1，碳元素略比硅元素的含量高，会产生游离碳，熔融态的硅粉可以和聚碳硅烷裂解产生的游离碳反应生成碳化硅，降低游离碳含量，还有部分熔融态的硅粉还能起到类似粘结剂的功能，进一步将有气孔的碳材料结构件本体/碳化硅上的气孔进行封闭，提高碳材料结构件的致密性、均匀性，避免可能的碳材料结构件本体与高温下熔融硅液的直接接触，从而减少硅锭中的C杂质；另一方面，硅粉还可与聚碳硅烷裂解产生的气体如甲烷等反应，原位生成的碳化物微粒，减少挥发成份，降低气孔率，还可以抑制PCS裂解过程中无定型态的晶粒的长大，进一步提高碳材料结构件的耐高温性能。另外，所述硅粉不可被碳化硅粉、氮化硅粉等熔点较高的惰性粉体所代替，一来，它们的熔点较高，在高温下不易成为熔融态，不能有效浸渗到碳材料结构件本体中，二来，它们也不能高活性地与PCS裂解产生的碳反应，不能有效地形成均匀、致密的碳化硅。
本发明将PCS的裂解与具有活性的硅粉相结合，利用二者之间的协同作用，并通过调配混合分散浆料中聚碳硅烷、二甲苯、硅粉的重量比为35％～54％：45％～60％:0.1％～5％，避免了传统的PCS裂解所必须的反复浸渍热处理，缩短了反应时间，同时也避免了单纯的硅粉过多所造成的碳构件的韧性降低的缺陷。本发明中，通过采用上述混合分散浆料可以保证在碳材料结构件表面形成均匀致密、气孔率极低的碳化硅，既保持了碳材料结构件的优异的耐高温性能，也使其原有的韧性、抗蠕变性能等不会降低，所形成的碳化硅层的热稳定性较好，能够有效防止多晶硅铸锭生产过程中碳材料结构件对硅材料的污染，降低多晶硅锭中的碳含量。
进一步优选地，步骤(1)中，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(45-49％)：(50-52.5％):(1-2.5％)。
优选地，所述混合分散浆料还包括聚丙烯羟基碳硅烷、聚乙烯基硅烷、聚甲基硅烷、锑改性聚甲基硅烷和聚乙炔基碳硅烷中的一种或多种。
优选地，步骤(2)中，在所述于1100-1600℃的温度下加热之前，还包括：
将所述铸锭炉在温度为150-250℃下预加热0.5-3h，所述预加热是在负压条件下或正压条件下进行。
优选地，所述预加热的温度为175-250℃。
优选地，所述预加热的温度可以为150、175、180、200、220或250℃。
进一步优选地，所述预加热的时间为1-3h。
进一步优选地，所述预加热的时间为0.5-1.5h。
本发明中，所述预加热的时间可以为0.5h、1.0h、1.2h、1.5h、2h或3h。
优选地，预加热时，所述负压条件下反应体系的压力为0.008-10mbar。所述负压可以通过抽真空的方式来实现。
优选地，预加热时，所述负压条件下反应体系的压力为0.008-1mbar。
优选地，预加热时，所述负压条件下反应体系的压力为1-10mbar。
本发明另一实施方式中，预加热时，所述正压条件下反应体系的压力为1.05atm-10atm。
所述正压可以采用热等静压机来实现，其可以对气体进行加压且加热气体增压。
由于1atm＝1000mbar，故当体系的压力小于1000mbar时，体系为负压；当体系的压力大于1atm时，体系为正压。
更优选地，当在负压条件下进行预加热时，预加热的时间为0.5-1.5h。
更优选地，当在正压条件下进行预加热时，预加热的时间为1-3h。
优选地，步骤(2)中，所述于1200-1600℃的温度下加热包括：第一加热阶段和第二加热阶段，所述第一加热阶段的温度为1100-1300℃，加热的时间为0.5-10h；第二加热阶段的温度为1400-1600℃，保持1-3h。
进一步优选地，所述第一加热阶段的温度为1100-1300℃，加热的时间为3-10h。
进一步优选地，所述第一加热阶段中，加热的时间为5-10h。
本发明实施例中，所述第一加热阶段的加热时间可以为0.5h、1h、2h、3h、5h、6h、8h或10h。
优选地，所述第一加热阶段和所述第二加热阶段同在负压条件下或同在正压条件下进行，所述负压条件下反应体系的压力为100-700mbar，所述正压条件下反应体系的压力为1.05atm-10atm。
本发明中，所述预加热、第一加热阶段和第二加热阶段同在正压条件下或同在负压条件下进行。
进一步优选地，所述第一加热阶段中，体系的压力为100-600mbar。
进一步优选地，所述第二加热阶段中，体系的压力为500-700mbar。
本发明中，在所述正压或负压条件的预加热，主要是为了使二甲苯在预加热过程中大量挥发，并确保其全部挥发掉，同时使聚碳硅烷软化，并浸润到碳材料结构件本体中，便于后续裂解反应的进行。
本发明中，所述第一加热阶段主要是为了使得聚碳硅烷充分裂解为碳化硅，所述第二加热阶段主要是为了使得硅粉熔融，进一步填满聚碳硅烷裂解成的碳化硅的孔隙并与游离碳进行反应，从而提高碳化硅涂层的致密度。
优选地，所述保护气氛包括氩气或氮气。
优选地，步骤(2)中，所述碳材料构件本体包括石墨底板、石墨护板、石墨盖板、C/C盖板、石墨硬毡、石墨导气孔套件和碳纤维编织件。
优选地，步骤(2)中，所述冷却具体为：先将所述铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的多晶硅铸锭用碳材料结构件，其中原位生长的碳化硅层的分布均匀、致密，当所述碳材料结构件在高温状态下使用时，所述碳化硅层的热稳定性较好，可以阻隔碳材料结构件本体与高温下熔融硅液的直接接触，从而减少硅锭中的碳杂质；
2.由于所用混合分散浆料中聚碳硅烷、硅粉的配比合适，且两者之间可以通过协同作用可形成均匀、致密分布的碳化硅层，可避免传统的PCS裂解所必须的反复浸渍热处理，缩短反应时间；
3.本发明提供的晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法简单易操作，便于应用，并且可以通过采用分段加热对混合分散浆料进行加热，使各组份的协同作用更好地发挥，综合提高碳材料结构件的各项性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中制得的多晶硅铸锭用石墨盖板与常规石墨板在用于铸锭工艺中所制得的多晶硅的碳含量的分布对比图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷(具体为分子量为2210)、二甲苯、粒径为15.3μm的硅粉按重量比为48％：49.5％:2.5％进行球磨，形成混合分散浆料；
(2)将上述混合分散浆料涂覆于石墨盖板表面，涂覆厚度为1.2mm，之后将涂覆有混合分散浆料的石墨盖板放置于氩气保护的铸锭炉内，先用机械泵抽真空至200mbar，后用罗茨泵缓慢抽真空到0.008mbar，在保持该真空度下将铸造炉内温度预加热到200℃，并保持0.5h；
然后升温至1200℃保温5小时；之后升温至1560℃，并将压力升至600mbar，保持2小时；
(3)反应结束后，先将铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温，取出反应后的样品，对其进行表面吹扫、打磨，得到碳材料结构件，所述碳材料结构件包括石墨盖板本体及原位生长在石墨护板本体表面的致密碳化硅层。
为了突出本发明的有益效果，将实施例1制得的石墨护板与普通未经处理的石墨护板用于多晶硅的铸锭，并分别对得到的多晶硅锭的碳含量进行测试，结果如图1所示(其中，高度0代表与坩埚底部接触的部分)。
从图1中可以明显看出，采用本发明方法制得的石墨护板在用于多晶硅铸锭时，可明显降低硅锭中的碳含量。
实施例2
一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷(具体为分子量为1830)、二甲苯、粒径为8μm的硅粉按重量比为45％：53％:2％进行球磨，形成混合分散浆料；
(2)将上述混合分散浆料涂覆于碳纤维编织件表面，涂覆厚度为0.5mm，之后将涂覆有混合分散浆料的碳纤维编织件放置于氩气保护的铸锭炉内，采用热等静压机在1.2atm的条件下将所述铸锭炉在温度为250℃下，预加热1h；
之后对铸锭炉进行加热以得到生长有碳化硅层的碳纤维编织件，具体包括：第一加热阶段和第二加热阶段，所述第一加热阶段的温度为1230℃，加热的时间为10h，体系的压力为1.1atm；第二加热阶段的温度为1500℃，保持1h，压力升至1.4atm；
(3)反应结束后，先将铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温，取出反应后的样品，对其进行表面吹扫、打磨，得到碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳纤维编织件本体，以及原位生长在碳纤维编织件本体表面的致密碳化硅层，还包括渗透在碳纤维编织件本体之间的原位形成的碳化硅渗透层。
实施例3
一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷(具体为分子量为2850)、二甲苯、粒径为1μm的硅粉按重量比为50％：47％:3％进行球磨，形成混合分散浆料；
(2)将上述混合分散浆料涂覆于石墨盖板表面，涂覆厚度为1.5mm，之后将涂覆有混合分散浆料的石墨盖板放置于氩气保护的铸锭炉内，先抽真空至体系压力为1mbar，将所述铸锭炉在温度为150℃下，预加热3h；
之后对铸锭炉进行加热以得到生长有碳化硅层的石墨盖板，具体包括：第一加热阶段和第二加热阶段，所述第一加热阶段的温度为1100℃，加热的时间为3h，在第一加热阶段开始前，调节氩气的通入量使反应体系的压力升至400mbar；第二加热阶段的温度为1500℃，保持1h，在第二加热阶段开始前，调节氩气的通入量使反应体系的压力升至700mbar；
(3)反应结束后，先将铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温，取出反应后的样品，对其进行表面吹扫、打磨，得到碳材料结构件，所述碳材料结构件包括石墨盖板，以及原位生长在石墨盖板本体表面的致密碳化硅层。
实施例4
一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷(具体为分子量为2100)、二甲苯、粒径为1.6μm的硅粉按重量比为47％：52％:1％进行球磨，形成混合分散浆料；
(2)将上述混合分散浆料涂覆于石墨护板表面，涂覆厚度为2mm，之后将涂覆有混合分散浆料的石墨护板放置于氩气保护的铸锭炉内，先抽真空至体系压力为10mbar，将所述铸锭炉在温度为200℃下，预加热1h；
之后对铸锭炉进行加热以得到生长有碳化硅层的石墨护板，具体包括：第一加热阶段和第二加热阶段，所述第一加热阶段的温度为1300℃，加热的时间为5h，在第一加热阶段开始前，调节氩气的通入量使反应体系的压力升至600mbar；第二加热阶段的温度为1600℃，保持3h，第二加热阶段保持体系的压力为600mbar；
(3)反应结束后，先将铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温，取出反应后的样品，对其进行表面吹扫、打磨，得到碳材料结构件，所述碳材料结构件包括石墨护板，以及原位生长在石墨护板本体表面的致密碳化硅层。
实施例5
一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷(具体为分子量为1098)、二甲苯、粒径为10.1μm的硅粉按重量比为49％：50％:1％进行球磨，形成混合分散浆料；
(2)将上述混合分散浆料涂覆于C/C盖板表面，涂覆厚度为3mm，之后将涂覆有混合分散浆料的C/C盖板放置于氩气保护的铸锭炉内，对铸锭炉加热至1460℃，并保温8h；
(3)反应结束后，先将铸锭炉缓慢降温至1200℃，然后再冷却至室温，取出反应后的样品，对其进行表面吹扫、打磨掉非致密的SiC，得到碳材料结构件，所述碳材料结构件包括C/C盖板本体，以及原位生长在C/C盖板本体表面的致密碳化硅层，还包括渗透在C/C盖板本体之间的原位形成的碳化硅渗透层。
另外，表1为本发明实施例1-5所制得的碳材料结构件的气孔率表征的结果，可见，本发明所制得的碳材料结构件的气孔率很低，致密度高达90以上。
表1 各实施例中碳材料结构件的气孔率表征
编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
气孔率(％) 4.8％ 7.2％ 4.1％ 5.7％ 9.0％
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭用碳材料结构件，其特征在于，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体，原位生长在所述碳材料结构件本体表面的致密碳化硅层，以及渗透在所述碳材料结构件本体之间的原位形成的碳化硅渗透层；所述碳化硅层的致密度为90-96％；所述碳化硅层是由涂覆在所述碳材料结构件本体表面的混合分散浆料经过裂解而成，所述混合分散浆料包括聚碳硅烷、二甲苯和硅粉。
2.如权利要求1所述的碳材料结构件，其特征在于，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(35％～54％)：(45％～60％):(0.1％～5％)。
3.如权利要求1所述的碳材料结构件，其特征在于，所述聚碳硅烷的分子量为1000-3000。
4.如权利要求1所述的碳材料结构件，其特征在于，所述硅粉的粒径为0.01-100μm。
5.如权利要求1所述的碳材料结构件，其特征在于，所述碳材料结构件本体包括石墨底板、石墨护板、石墨盖板、C/C盖板、石墨硬毡、石墨导气孔套件和碳纤维编织件。
6.一种多晶硅铸锭用碳材料结构件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取混合分散浆料的各原料，将各原料混合后进行球磨，形成混合分散浆料，所述混合分散浆料包括聚碳硅烷、二甲苯和硅粉；
(2)将球磨后的所述混合分散浆料涂覆于碳材料结构件本体表面，之后将涂覆有混合分散浆料的碳材料结构件本体放置于保护气氛下的铸锭炉内，于1100-1600℃温度下加热，反应结束后，冷却，得到多晶硅铸锭用碳材料结构件，所述碳材料结构件包括碳材料结构件本体，以及原位生长在所述碳材料结构件本体表面的致密碳化硅层。
7.如权利要求6所述的碳材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合分散浆料中，聚碳硅烷、二甲苯和硅粉的重量比为(35％～54％)：(45％～60％):(0.1％～5％)。
8.如权利要求6所述的碳材料结构件的制备方法，其特征在于，在所述于1100-1600℃的温度下加热之前，还包括：将所述铸锭炉在温度为150-250℃下预加热0.5-3h，所述预加热在负压条件下或正压条件下进行。
9.如权利要求8所述的碳材料结构件的制备方法，其特征在于，所述于1100-1600℃的温度下加热包括：第一加热阶段和第二加热阶段，所述第一加热阶段的温度为1100-1300℃，加热的时间为0.5-10h；第二加热阶段的温度为1400-1600℃，保持1-3h。
10.如权利要求9所述的碳材料结构件的制备方法，其特征在于，所述第一加热阶段和所述第二加热阶段同在负压条件下或同在正压条件下进行，所述负压条件下反应体系的压力为100-700mbar，所述正压条件下反应体系的压力为1.05atm-10atm。
CN201510917843.2A 2015-12-10 2015-12-10 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法 Active CN105506735B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510917843.2A CN105506735B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510917843.2A CN105506735B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105506735A CN105506735A (zh) 2016-04-20
CN105506735B true CN105506735B (zh) 2017-12-26

Family

ID=55715023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510917843.2A Active CN105506735B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105506735B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109912803B (zh) * 2019-03-19 2021-08-27 江西嘉捷信达新材料科技有限公司 一种含锆聚碳硅烷及其制备方法和应用
CN109824374B (zh) * 2019-04-02 2020-01-31 安徽弘昌新材料有限公司 在碳碳复合保温材料表面制备高性能碳化硅涂层的方法
CN110760822A (zh) * 2019-12-03 2020-02-07 中节能太阳能科技（镇江）有限公司 一种pecvd石墨舟载具的制造方法
CN111018568A (zh) * 2019-12-13 2020-04-17 中国航空制造技术研究院 一种陶瓷基复合材料表面打底层的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1554802A (zh) * 2003-12-23 2004-12-15 清华大学 制备核反应堆用石墨表面抗氧化涂层材料碳化硅的方法
CN1850730A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法
CN101157556A (zh) * 2007-09-26 2008-04-09 中南大学 一种聚合物裂解－反应热压制备纳米SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的方法
CN102181858A (zh) * 2011-04-08 2011-09-14 河北小蜜蜂工具集团有限公司 一种在金刚石颗粒表面制备SiC层的方法
CN102373417A (zh) * 2011-11-08 2012-03-14 陕西科技大学 一种在石墨材料表面制备抗氧化SiC涂层的方法
CN102409405A (zh) * 2011-08-23 2012-04-11 周浪 多晶硅铸锭炉用碳材料的防碳污染涂层及其制备工艺
CN103113123A (zh) * 2013-02-04 2013-05-22 西安交通大学 一种SiCf/SiC 陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法
CN103483004A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 上海珩锢新材料科技有限公司 用于石墨表面的碳化硅涂层溶液及其喷涂工艺
CN104831351A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司 一种多晶硅铸锭炉用坩埚盖板及盖板表面涂层方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1554802A (zh) * 2003-12-23 2004-12-15 清华大学 制备核反应堆用石墨表面抗氧化涂层材料碳化硅的方法
CN1850730A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法
CN101157556A (zh) * 2007-09-26 2008-04-09 中南大学 一种聚合物裂解－反应热压制备纳米SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的方法
CN102181858A (zh) * 2011-04-08 2011-09-14 河北小蜜蜂工具集团有限公司 一种在金刚石颗粒表面制备SiC层的方法
CN102409405A (zh) * 2011-08-23 2012-04-11 周浪 多晶硅铸锭炉用碳材料的防碳污染涂层及其制备工艺
CN102373417A (zh) * 2011-11-08 2012-03-14 陕西科技大学 一种在石墨材料表面制备抗氧化SiC涂层的方法
CN103483004A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 上海珩锢新材料科技有限公司 用于石墨表面的碳化硅涂层溶液及其喷涂工艺
CN103113123A (zh) * 2013-02-04 2013-05-22 西安交通大学 一种SiCf/SiC 陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法
CN104831351A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司 一种多晶硅铸锭炉用坩埚盖板及盖板表面涂层方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105506735A (zh) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105506735B (zh) 一种多晶硅铸锭用碳材料结构件及其制备方法
CN102206080B (zh) 太阳能光伏产业单晶硅生长热场用石墨材料及其制造方法
CN101323524B (zh) 一种定向排列孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法
US2752258A (en) Silicon nitride-bonded silicon carbide refractories
CN100537485C (zh) 碳化硅纳米线的制备方法
CN1239468A (zh) 碳化硅增强的碳化硅复合物
JPH0769731A (ja) 高強度、高嵩密度導電セラミックス
CN102527594A (zh) 一种铸锭用石英坩埚及其制备方法
KR100310317B1 (ko) 실리콘 단결정 추출 장치
US5571758A (en) Nitrogen-reacted silicon carbide material
CN110258131A (zh) 一种固化碳毡防护涂层
CN107963890B (zh) 一种氮化钛多孔导电陶瓷的制备方法
CN104831351A (zh) 一种多晶硅铸锭炉用坩埚盖板及盖板表面涂层方法
CN109456063B (zh) 一种单晶硅拉制炉的CF/Si3N4复合材料埚帮及其制备方法
KR101151209B1 (ko) 머시너블 흑색 세라믹 복합체 및 그 제조방법
Xu et al. Low‐temperature and pressureless in‐situ self‐assembled SiCw/SiC composite ceramics for solar thermal absorber and storage integration
US9676631B2 (en) Reaction bonded silicon carbide bodies made from high purity carbonaceous preforms
JPH0826709A (ja) 炭素材の製造方法
JP4347254B2 (ja) ホウ素拡散材およびその製造方法
CN108892528A (zh) 一种多孔氮化硅陶瓷材料及其制备方法
JP2008143748A (ja) 反りのない炭化ケイ素焼結体及びその製造方法
TWI228290B (en) Method for forming semiconductor processing components
CN110963816A (zh) 一种碳/碳-碳化硅复合材料板材的制作方法
KR101151208B1 (ko) 머시너블 세라믹 복합체 및 그 제조방법
CN107759189A (zh) 耐高温隔热保温涂料和提高单晶炉埚帮使用寿命的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant