CN112898030A - Pvt法高温生长设备用热电偶护套的制备方法 - Google Patents
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Abstract
PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,它涉及一种电偶护套的制备方法。本发明是为了解决高温热电偶钨铼丝极易被氧化、易弯曲的技术问题。本方法如下:将Si3N4、ZrO2和Y2O3放入三维振动混合器中充分混合放入预制好的模具压制,然后烧结、沉积、退火处理2小时,即得PVT法高温生长设备用热电偶护套。ZrO2增韧Si3N4材料可以保证极抗热震的Si3N4的韧性进一步增强,这样在温度1850‑2200℃以上的温度,保证保护套不会因接触坩埚顶和坩埚底时产生弯曲和碎裂,另一方面在突然升温和降温时,也可以保证护套的稳定性。本发明属于电偶护套的制备领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电偶护套的制备方法。
背景技术
目前PVT法氮化铝晶体生长技术所需要的生长温度在1850-2200℃以上,由于整个过程,坩埚有可能会处于移动状态,所以就需要高强度高韧性可移动的热电偶来保证在这样高的温度下持续稳定的保证测温动作持续进行,并且热电偶有时还需要接触到坩埚顶或底部,所以使用传统钨铼材料进行,可能造成弯曲。高温热电偶钨铼丝极易被氧化,即使PVT设备一般都是在真空环境,也不能保证完全没有氧的存在,为保证高温热电偶中钨铼丝的可以长期稳定的使用,因此可以制造一个高强度高韧性的保护套管是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决高温热电偶钨铼丝极易被氧化、易弯曲的技术问题,提供了一种PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法。
本发明的PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法按照以下步骤进行:
一、将Si3N4、ZrO2和Y2O3放入三维振动混合器中充分混合10-15小时,得到混合物;
其中在混合物中ZrO2的重量百分含量为10-30wt.%,Y2O3的重量百分含量为0.5%;二、将步骤一的混合物放入预制好的模具,通过冷等静压的方式,在均压力200-300MPa的条件下,压制10min,得到成型后的套管材料;
三、将成型后的套管材料放入热压烧结炉内,以20-30MPa的压力,在真空中首先从室温开始以3℃/min的升温速率将温度升至1300-1350℃,再以1℃/min的加热速率加热至1800-2000℃,然后停留2-8小时,随后以0.5℃/min的降温速率降至1400℃,保持2小时,再以2.5℃/min的降温速率将温度降至室温,得到烧结好的套管材料;
四、烧结好的套管材料放入电弧离子镀设备,阴极使用高纯Zr靶材料,在沉积温度为130-200℃的条件下,通入流量为130sccm氧气和流量为90sccm氩气,并在2小时内减少氧气流量至零,同时保持氩气流量不变;
五、重复步骤四三次,得到形成梯度ZrO2-Zr材料的套管,然后在1200℃的条件下,退火处理2小时,即得PVT法高温生长设备用热电偶护套。
步骤一中所述Si3N4粒度为0.5μm。步骤一中所述ZrO2粒度为0.5μm。
步骤四中所述高纯Zr靶材料的纯度为99.999%。
ZrO2增韧Si3N4材料可以保证极抗热震的Si3N4的韧性进一步增强,这样在温度1850-2200℃以上的温度,保证保护套不会因接触坩埚顶和坩埚底时产生弯曲和碎裂,另一方面在突然升温和降温时,也可以保证护套的稳定性。再者,保护套外电弧离子镀ZrO2+Zr梯度膜层,薄膜的防护能力表现在物理化学性能和力学性能抗氧化性能两个方面,物理化学性能分组织和性质的化学稳定性和抗扩散渗透性能。ZrO2薄膜含有少量的锆原子,锆容易吸收氢、氮和氧气,1000℃时氧气溶于锆中能使其体积显著增加,是理想的吸气剂,锆的熔点为1852℃,钨铼热电偶的测温在2000℃以上时,金属锆会融化,形成液相,填充在氧化锆晶体的孔隙中,形成更加致密的薄膜,增强了隔绝氧气的作用,即增强了抗氧化能力。其次,高温时,金属锆可与非金属元素和许多金属元素反应,生成固体溶液化合物。当钨铼热电偶的测温在2000℃以上时,氧气会与液相的锆反应生成氧化锆,进一步吸收了氧气,增强了薄膜的抗氧化应力。因此这样的薄膜设计理论上满足钨铼热电偶丝抗氧化的目的以及延缓氧气的渗入。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法按照以下步骤进行:
一、将Si3N4、ZrO2和Y2O3放入三维振动混合器中充分混合10-15小时,得到混合物;
其中在混合物中ZrO2的重量百分含量为10-30wt.%,Y2O3的重量百分含量为0.5%;二、将步骤一的混合物放入预制好的模具,通过冷等静压的方式,在均压力200-300MPa的条件下,压制10min,得到成型后的套管材料;
三、将成型后的套管材料放入热压烧结炉内,以20-30MPa的压力,在真空中首先从室温开始以3℃/min的升温速率将温度升至1300-1350℃,再以1℃/min的加热速率加热至1800-2000℃,然后停留2-8小时,随后以0.5℃/min的降温速率降至1400℃,保持2小时,再以2.5℃/min的降温速率将温度降至室温,得到烧结好的套管材料;
四、烧结好的套管材料放入电弧离子镀设备,阴极使用高纯Zr靶材料,在沉积温度为130-200℃的条件下,通入流量为130sccm氧气和流量为90sccm氩气,并在2小时内减少氧气流量至零,同时保持氩气流量不变;
五、重复步骤四三次,得到形成梯度ZrO2-Zr材料的套管,然后在1200℃的条件下,退火处理2小时,即得PVT法高温生长设备用热电偶护套。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述Si3N4粒度为0.5μm。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中所述ZrO2粒度为0.5μm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中在均压力230MPa的条件下,压制10min。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在均压力280MPa的条件下,压制10min。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中以3℃/min的升温速率将温度升至1320℃。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中再以1℃/min的加热速率加热至1900℃,然后停留5小时。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中所述高纯Zr靶材料的纯度为99.999%。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中所述沉积温度为150℃。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤四中所述沉积温度为180℃。其他与具体实施方式一至九之一相同。
Claims (10)
1.PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法按照以下步骤进行:
一、将Si3N4、ZrO2和Y2O3放入三维振动混合器中充分混合10-15小时,得到混合物;
其中在混合物中ZrO2的重量百分含量为10-30wt.%,Y2O3的重量百分含量为0.5%;
二、将步骤一的混合物放入预制好的模具,通过冷等静压的方式,在均压力200-300MPa的条件下,压制10min,得到成型后的套管材料;
三、将成型后的套管材料放入热压烧结炉内,以20-30MPa的压力,在真空中首先从室温开始以3℃/min的升温速率将温度升至1300-1350℃,再以1℃/min的加热速率加热至1800-2000℃,然后停留2-8小时,随后以0.5℃/min的降温速率降至1400℃,保持2小时,再以2.5℃/min的降温速率将温度降至室温,得到烧结好的套管材料;
四、烧结好的套管材料放入电弧离子镀设备,阴极使用高纯Zr靶材料,在沉积温度为130-200℃的条件下,通入流量为130sccm氧气和流量为90sccm氩气,并在2小时内减少氧气流量至零,同时保持氩气流量不变;
五、重复步骤四三次,得到形成梯度ZrO2-Zr材料的套管,然后在1200℃的条件下,退火处理2小时,即得PVT法高温生长设备用热电偶护套。
2.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤一中所述Si3N4粒度为0.5μm。
3.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤一中所述ZrO2粒度为0.5μm。
4.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤二中在均压力230MPa的条件下,压制10min。
5.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤二中在均压力280MPa的条件下,压制10min。
6.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤三中以3℃/min的升温速率将温度升至1320℃。
7.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤三中再以1℃/min的加热速率加热至1900℃,然后停留5小时。
8.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤四中所述高纯Zr靶材料的纯度为99.999%。
9.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤四中所述沉积温度为150℃。
10.根据权利要求1所述PVT法高温生长设备用热电偶护套的制备方法,其特征在于步骤四中所述沉积温度为180℃。
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