CN109023528A - 一种莫桑石的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种莫桑石的制造方法，包括以下步骤：选择合适的生长室，并将硅、碳和SiC晶种放入所述生长室中，所述碳是C粉末，粉末颗粒的平均直径大于10微米；所述硅为硅粉，所述硅粉颗粒的平均直径为100μm‑400μm；所述生长室加热至2000℃，然后在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，并在所述生长室内填充惰性气体，所述惰性气体的压力范围为100mp‑1000mp；将所述硅和所述碳加热至合成温度，所述合成温度的范围为2000℃‑2500℃，使得发生硅与碳发生化学反应以形成SiC。该方法避免了现有技术中发生的碳粉末的流化，提高了生长的SiC单晶的质量。

Description

一种莫桑石的制造方法
技术领域
本发明涉及莫桑石生产技术领域，特别涉及一种莫桑石的制造方法。
背景技术
随莫桑石(碳化硅的一种)，目前市场上大部分莫桑石均为人工合成，天然莫桑石非常稀少，仅出现在陨石坑内，其颜色多为暗绿色、黑色，多年来主要用作磨料，莫桑石的外观与天然钻石极为相似，肉眼很难分辨，也是物理特性最接近天然钻石的一种半宝石。
现有技术中，当使用粒径小于10微米的C粉末时，在生产SiC源材料期间发生的化学反应很容易导致颗粒(特别是C粉末)的流化，从而在SiC晶种上形成沉积物，对SiC生长的质量产生不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种莫桑石的制造方法，以解决现有技术中当使用粒径小于10微米的C粉末时，在生产SiC源材料期间发生的化学反应很容易导致颗粒的流化，从而在SiC晶种上形成沉积物，对SiC生长的质量产生不利影响的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种莫桑石的制造方法，包括以下步骤：
S1、选择合适的生长室，并将硅、碳和SiC晶种放入所述生长室中，所述碳是C粉末，粉末颗粒的平均直径大于10微米；所述硅为硅粉，所述硅粉颗粒的平均直径为100μm-400μm；
S2、所述生长室加热至2000℃，然后在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，并在所述生长室内填充惰性气体，所述惰性气体的压力范围为100mp-1000mp；
S3、将所述硅和所述碳加热至合成温度，所述合成温度的范围为2000℃-2500℃，使得发生硅与碳发生化学反应以形成SiC。
进一步地，在引入所述生长室之前将所述硅粉末和所述C粉末混合以形成均匀混合物。
进一步地，在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，使得所述生长室内的压力不超过4mp-10mp。
进一步地，所述SiC晶种附着在所述生长室的内侧壁上。
进一步地，所述惰性气为氩气、氦气和氢气。
与现有技术相比，本发明产生了以下有益效果：本发明的一种莫桑石的制造方法，该方法克服了现有技术方法的缺点，避免了现有技术中发生的碳粉末的流化，提高了生长的SiC单晶的质量。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的优选实施例一提供了一种莫桑石的制造方法，包括以下步骤：
S1、选择合适的生长室，并将硅、碳；所述碳是C粉末，粉末颗粒的平均直径大于10微米；所述硅为硅粉，所述硅粉颗粒的平均直径为100μm-400μm；如果颗粒尺寸低于上面给出的上限，则粉末晶粒内的所有碳仍然与硅反应；相反，如果提供具有较大平均粒径的碳粉，则碳实际上仅与粉末颗粒表面处的硅反应，在SiC源材料中存在不期望的过量的未键合的碳和硅原子。
S2、所述生长室加热至2000℃，然后在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，并在所述生长室内填充惰性气体，所述惰性气体的压力范围为100mp-1000mp；因为在该温度范围内，硅一方面已经熔化并浸渍碳，另一方面，形成SiC源材料的反应以良好的产率进行。
S3、将所述硅和所述碳加热至合成温度，合成温度保持至多3小时，以便引入生长室的硅和引入的碳尽可能完全地相互反应，所述合成温度的范围为2000℃-2500℃，因为在该温度范围内，硅一方面已经熔化并浸渍碳，另一方面，形成SiC源材料的反应以良好的产率进行；使得发生硅与碳发生化学反应以形成SiC，所述SiC晶种附着在所述生长室的内侧壁上。
优选的，在引入所述生长室之前将所述硅粉末和所述C粉末混合以形成均匀混合物，
优选的，在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，使得所述生长室内的压力不超过4mp-10mp，在这些条件下，SiC从SiC源材料中升华，然后从SiC籽晶中的气相中沉淀出来。为了确保SiC在气相中的相应材料传输。
优选的，所述惰性气为氩气、氦气和氢气，是指元素周期表上的18族元素(IUPAC新规定，即原来的0族)。在常温常压下，它们都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应。
该方法包括将硅(Si)，碳(C)和SiC晶种引入生长室，所述碳是C粉末，粉末颗粒的平均直径大于10微米；在合成温度下生长SiC单晶。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该方法克服了现有技术方法的缺点，避免了现有技术中发生的碳粉末的流化，提高了生长的SiC单晶的质量。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种莫桑石的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择合适的生长室，并将硅、碳和SiC晶种放入所述生长室中，所述碳是C粉末，粉末颗粒的平均直径大于10微米；所述硅为硅粉，所述硅粉颗粒的平均直径为100μm-400μm；
S2、所述生长室加热至2000℃，然后在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，并在所述生长室内填充惰性气体，所述惰性气体的压力范围为100mp-1000mp；
S3、将所述硅和所述碳加热至合成温度，所述合成温度的范围为2000℃-2500℃，使得发生硅与碳发生化学反应以形成SiC。
2.根据权利要求1所述的一种莫桑石的制造方法，其特征在于：在引入所述生长室之前将所述硅粉末和所述碳粉末混合以形成均匀混合物。
3.根据权利要求1所述的一种莫桑石的制造方法，其特征在于：在2000℃下将所述生长室内的空气抽出，使得所述生长室内的压力不超过4mp-10mp。
4.根据权利要求1所述的一种莫桑石的制造方法，其特征在于：所述SiC晶种附着在所述生长室的内侧壁上。
5.根据权利要求1所述的一种莫桑石的制造方法，其特征在于：所述惰性气为氩气、氦气和氢气。
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