CN107244943B - 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法 - Google Patents

一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107244943B
CN107244943B CN201710556892.7A CN201710556892A CN107244943B CN 107244943 B CN107244943 B CN 107244943B CN 201710556892 A CN201710556892 A CN 201710556892A CN 107244943 B CN107244943 B CN 107244943B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite crucible
slurry
gelatin
coating
crucible
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
CN201710556892.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107244943A (zh
Inventor
张东生
董会娜
姚栋嘉
吴恒
孙卫康
刘喜宗
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.)
Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd
Original Assignee
Gongyi Van Research Yihui Composite Material 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 Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd filed Critical Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd
Priority to CN201710556892.7A priority Critical patent/CN107244943B/zh
Publication of CN107244943A publication Critical patent/CN107244943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107244943B publication Critical patent/CN107244943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5064—Boron nitride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

本发明公开一种反应熔体浸渗法制备C/C‑SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法。室温下，先将表面活性剂分散在一份水中，之后将BN放入该溶液中搅拌均匀，制得BN悬浮液；将明胶放入另一份水中，加热至50~80℃使其充分溶解；将明胶水溶液倒入BN悬浮液中，搅拌均匀，调节体系pH至9~10，制得浆料；将浆料均匀涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，自然晾干后再烘干即可；上述步骤中，以质量比计，BN∶两份水的总量=0.5~1∶1，表面活性剂为BN的0.8~1.5wt%，明胶为BN的4~6wt%。本发明采用将含BN的浆料直接涂刷在石墨坩埚内表面的方法，具有简单灵活易操作的特点，同时加入的明胶能够控制浆料的粘性从而增大BN与石墨坩埚表面的附着力，使浆料均匀地涂刷在石墨坩埚表面。

Description

一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面 涂层的制备方法
技术领域
本发明属于反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料技术领域，具体涉及一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法。
背景技术
反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料相比化学气相沉积法、先驱体浸渍热解法、原位反应法和料浆浸渍热解法具有制备周期短、成本低、残余孔隙率低的优点，且可以制备出净尺寸、复杂形状的工件等优点，成为一种非常有竞争力的工艺化制备技术。在实际生产中，反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料中经常用到石墨坩埚或者Al2O3坩埚，熔融硅与坩埚接触时不可避免地产生反应粘连，同时坩埚中的杂质也会进入硅熔体中。虽然高纯Si和氮化硅坩埚可以解决此类问题，但上述两种坩埚的成本比较高，制备条件苛刻等，限制其大规模应用。目前常用的坩埚主要包括Al2O3和石墨坩埚。为了避免上述问题，通常在坩埚上涂敷涂层，使熔体与坩埚壁隔离开来，减少反应粘连使试样顺利脱模。高纯石墨模具具有优良的热性能和力学性能，且价格相对低廉，已成为熔融反应中普遍采用的坩埚。但石墨与熔融硅在高温下会发生反应，因而石墨模具表面必须有隔离涂层，以防止熔融硅在模具中成形时与石墨之间的相互作用。目前所用到的涂层材料主要包括Si3N4以及其与SiC、SiO2的复合涂层，但其存在制备周期长、过程复杂等缺点，因此有必要寻找简单快捷的制备涂层技术来实现稳定耐用的使用条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，该方法克服了现有涂层制备周期长、过程复杂等缺点，实现了简单快捷的涂层制备技术。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）室温下，先将表面活性剂分散在一份水中，之后将BN（氮化硼）放入该溶液中搅拌均匀，制得BN悬浮液；
（2）将明胶放入另一份水中，加热至50~80℃使其充分溶解；
（3）将步骤（2）所得明胶水溶液倒入步骤（1）的BN悬浮液中，搅拌均匀，调节体系pH至9~10，制得浆料；
（4）将步骤（3）所得浆料均匀涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，自然晾干后再烘干即可；
上述步骤中，以质量比计，BN∶两份水的总量=0.5~1∶1，表面活性剂为BN的0.8~1.5wt%，明胶为BN的4~6wt%。
较好地，步骤（1）中，所述表面活性剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基苯磺酸钠。
较好地，步骤（3）中，采用NaOH溶液或氨水调节体系pH，NaOH溶液或氨水浓度范围为10~30wt%。
较好地，步骤（4）中，涂刷厚度为500~1000μm。
较好地，步骤（4）中，烘干温度为100~120℃。
本发明中：所述表面活性剂用来辅助使BN悬浮液均匀分散；明胶用来作为浆料的凝固剂，使浆料在低温下凝固变稠从而更有利于在石墨坩埚表面上的涂刷和附着；BN悬浮液的浓度决定其后期降温凝固过程的粘稠状态，以及其在石墨坩埚表面上的附着状态；通过对浆料pH的调节使浆料的悬浮稳定性增加。BN悬浮液的浓度、表面活性剂和明胶的用量以及浆料的pH值直接影响最终BN涂层的均匀性以及与石墨坩埚/坩埚盖的附着力，是本发明技术核心所在，本发明更重要的技术关键在于明胶的使用，申请人首次将其应用到石墨坩埚表面涂层的制备技术中来。
有益效果：本发明提供了一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，采用将含BN的浆料直接涂刷在石墨坩埚内表面的方法，具有简单灵活易操作的特点，同时加入的明胶能够控制浆料的粘性从而增大BN与石墨坩埚表面的附着力，使浆料均匀地涂刷在石墨坩埚表面，经过烘干处理即得到BN涂层；该发明克服了熔融硅与石墨坩埚高温粘连的问题，以及现有涂层制备周期长、过程复杂等缺点，实现了简单快捷的涂层制备技术，且由于BN好的耐高温特性、良好的稳定性等可以保证石墨坩埚的耐用性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）、室温下，将1wt%（以BN的质量为基准）的聚丙烯酸钠分散到500ml去离子水中，使其充分溶解，将600g BN粉末放入上述溶液中，搅拌均匀，制得BN悬浮液；
（2）、将5wt%的明胶（以BN的质量为基准）放入100ml的去离子水中，加热至60℃，使其充分溶解；
（3）、将步骤（2）所得明胶水溶液倒入步骤（1）的BN悬浮液中，搅拌均匀，采用30wt%的氨水，调节体系pH值至9.0，制得浆料；
（4）、将步骤（3）所得浆料涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，涂刷厚度为800μm，晾干后在110℃下烘干处理，石墨坩埚和坩埚盖表面即得一层BN涂层并且干燥后发现石墨坩埚和坩埚盖表面的BN涂层能够均匀地涂覆在石墨坩埚和坩埚盖表面。
采用本实施例制备得到的石墨坩埚，利用反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料，高温渗硅后，BN涂层无脱落；经过5次重复使用后，BN涂层仍完好。
对照例1
一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）、室温下，将0.5wt%（以BN的质量为基准）的聚丙烯酰胺分散到500ml去离子水中，使其充分溶解，将300g BN粉末放入上述溶液中，搅拌均匀，制得BN悬浮液；
（2）、将3wt%的明胶（以BN的质量为基准）放入100ml的去离子水中，加热至50℃，使其充分溶解；
（3）、将步骤（2）所得明胶水溶液倒入步骤（1）的BN悬浮液中，搅拌均匀，采用10wt%的NaOH溶液，调节体系pH值至8.5，制得浆料；
（4）、将步骤（3）所得浆料涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，涂刷厚度为800μm，晾干后在100℃下烘干处理，石墨坩埚和坩埚盖表面即得一层BN涂层并且干燥后发现石墨坩埚和坩埚盖表面的BN涂层能够均匀地涂覆在石墨坩埚和坩埚盖表面。
采用本对照例制备得到的石墨坩埚，利用反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料，但是高温渗硅后，发现有部分区域的BN涂层脱落。
对照例2
一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）、室温下，将2.0wt%（以BN的质量为基准）的十二烷基苯磺酸钠分散到500ml去离子水中，使其充分溶解，将800g BN粉末放入上述溶液中，搅拌均匀，制得BN悬浮液；
（2）、将8wt%的明胶（以BN的质量为基准）放入100ml的去离子水中，加热至80℃，使其充分溶解；
（3）、将步骤（2）所得明胶水溶液倒入步骤（1）的BN悬浮液中，搅拌均匀，采用20wt%的NaOH溶液，调节体系pH值至10.5，制得浆料；
（4）、将步骤（3）所得浆料涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，涂刷厚度为800μm，晾干后在100℃下烘干处理，石墨坩埚和坩埚盖表面即得一层BN涂层并且干燥后发现石墨坩埚和坩埚盖表面的BN涂层能够均匀地涂覆在石墨坩埚和坩埚盖表面。
采用本对照例制备得到的石墨坩埚，利用反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料，高温渗硅后，BN涂层无脱落。经过1次重复使用后，BN涂层有一定程度的脱落。
对照例3
与实施例1的区别在于：步骤（2）中，用羧甲基纤维素等量代替明胶。其它均同实施例1。
涂刷时发现：根本无法实现浆料均匀地涂刷，涂刷烘干所得石墨坩埚和坩埚盖表面的BN涂层呈现不均匀分布。
采用本对照例制备得到的石墨坩埚，利用反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料，高温渗硅后，大部分区域的BN涂层发生脱落。
综上可知：对照例1-2虽然都可以制得均匀的BN涂层，但是并不能实现稳定使用，对照例3用羧甲基纤维素代替明胶之后，所得BN涂层并不均匀，稳定性也不好。只有实施例1即采用本发明技术方案制备的石墨坩埚BN涂层不仅均匀而且还能够稳定使用。

Claims (5)

1.一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）室温下，先将表面活性剂分散在一份水中，之后将BN放入该溶液中搅拌均匀，制得BN悬浮液；
（2）将明胶放入另一份水中，加热至50~80℃使其充分溶解；
（3）将步骤（2）所得明胶水溶液倒入步骤（1）的BN悬浮液中，搅拌均匀，调节体系pH至9~10，制得浆料；
（4）将步骤（3）所得浆料均匀涂刷在石墨坩埚内表面和坩埚盖内表面，自然晾干后再烘干即可；
上述步骤中，以质量比计，BN∶两份水的总量=0.5~1∶1，表面活性剂为BN的0.8~1.5wt%，明胶为BN的4~6wt%。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述表面活性剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基苯磺酸钠。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，采用NaOH溶液或氨水调节体系pH，NaOH溶液或氨水浓度范围为10~30wt%。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，涂刷厚度为500~1000μm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，烘干温度为100~120℃。
CN201710556892.7A 2017-07-10 2017-07-10 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法 Active CN107244943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556892.7A CN107244943B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556892.7A CN107244943B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107244943A CN107244943A (zh) 2017-10-13
CN107244943B true CN107244943B (zh) 2020-11-03

Family

ID=60014519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710556892.7A Active CN107244943B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107244943B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110669364A (zh) * 2019-10-22 2020-01-10 嘉兴凤翼特种材料科技有限公司 一种去除激光加工金属挂渣的六方氮化硼涂料及其制备方法
CN113200765B (zh) * 2021-05-13 2022-10-25 湖南世鑫新材料有限公司 一种含Si3N4和BN复合涂层的碳陶复合材料坩埚及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB940023A (en) * 1958-12-29 1963-10-23 Carborundum Co Hard, refractory crystalline materials
JPS60255676A (ja) * 1984-05-30 1985-12-17 日立金属株式会社 熱分解窒化硼素成形体の製造方法
JPH01122908A (ja) * 1987-11-06 1989-05-16 Showa Denko Kk 立方晶窒化ほう素の表面に金属チタンを被覆する方法
SU1802523A1 (ru) * 1991-04-01 1996-03-20 Институт сверхтвердых материалов АН УССР Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103084325A (zh) * 2013-01-31 2013-05-08 天津英利新能源有限公司 坩埚及其涂层方法
CN104926371A (zh) * 2015-06-08 2015-09-23 西安航空制动科技有限公司 一种防硅蒸气腐蚀的涂层及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB940023A (en) * 1958-12-29 1963-10-23 Carborundum Co Hard, refractory crystalline materials
JPS60255676A (ja) * 1984-05-30 1985-12-17 日立金属株式会社 熱分解窒化硼素成形体の製造方法
JPH01122908A (ja) * 1987-11-06 1989-05-16 Showa Denko Kk 立方晶窒化ほう素の表面に金属チタンを被覆する方法
SU1802523A1 (ru) * 1991-04-01 1996-03-20 Институт сверхтвердых материалов АН УССР Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала

Also Published As

Publication number Publication date
CN107244943A (zh) 2017-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1946881B (zh) 用于硅结晶的坩埚
CN107814591B (zh) 一种碳材料表面硼化物改性硅基抗氧化涂层的制备方法
US10150708B2 (en) Surface-aided melt infiltration for producing a ceramic matrix composite
AU2006265391B2 (en) Crucible for the crystallization of silicon
CN101370968A (zh) 处理熔融硅的坩埚
CN103626498B (zh) 氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法
CN107244943B (zh) 一种反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料用石墨坩埚表面涂层的制备方法
WO2018019201A1 (zh) 一种泡沫陶瓷过滤器及其制造方法
CN102040386B (zh) 一种鱼雷罐喷注料以及使用该喷注料的喷注方法
CN103979992A (zh) 一种钢包透气砖及其制备方法
CN102527594A (zh) 一种铸锭用石英坩埚及其制备方法
CN106363131A (zh) 钛合金铸造用陶瓷型壳面层改性的方法
CN103084325A (zh) 坩埚及其涂层方法
JP2009537431A (ja) 耐火物、及びそれの製造方法
WO2021051790A1 (zh) 一种高纯铝熔炼铸造用涂料及其制备方法和用途
CN103920627A (zh) 一种铸锭用多晶自喷坩埚的制备方法
CN103894537A (zh) 定向凝固工艺用复合氧化物型壳及其应用
CN101525247A (zh) 一种利用纳米莫来石处理铝质耐火材料原料的方法
CN105642877A (zh) 碳化硅晶须结合高强复合浸入式水口及制造方法
JP2010280529A (ja) 多結晶シリコン製造用ルツボの製造方法
RU2297300C1 (ru) Защитно-разделительное покрытие и способ его нанесения
JP4471692B2 (ja) 離型層を有するシリコン溶融用容器の製造方法
CN103864467B (zh) 一种陶瓷表面金属化方法
US10023972B2 (en) Substrate for solidifying a silicon ingot
CN106631173A (zh) 一种C/C复合材料SiC‑Y2Hf2O7复合涂层及制备方法

Legal Events

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