CN115321969A - 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法 - Google Patents

一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115321969A
CN115321969A CN202211045804.4A CN202211045804A CN115321969A CN 115321969 A CN115321969 A CN 115321969A CN 202211045804 A CN202211045804 A CN 202211045804A CN 115321969 A CN115321969 A CN 115321969A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
lanthanum hexaboride
ceramic crucible
temperature
tungsten silicide
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.)
Granted
Application number
CN202211045804.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115321969B (zh
Inventor
吕金虎
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.)
Lianyungang Taosheng Fused Quartz Co ltd
Original Assignee
Lianyungang Taosheng Fused Quartz 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 Lianyungang Taosheng Fused Quartz Co ltd filed Critical Lianyungang Taosheng Fused Quartz Co ltd
Priority to CN202211045804.4A priority Critical patent/CN115321969B/zh
Publication of CN115321969A publication Critical patent/CN115321969A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115321969B publication Critical patent/CN115321969B/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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891—Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，包括以下步骤：(1)纯化石英粉；(2)制备六硼化镧粉末：选择氧化镧粉末与碳化硼粉末依次经过球磨、粉碎、压片、高温烧结、研磨和酸洗处理，得到六硼化镧粉末；(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：先将硅粉、钨粉经过第一次高温烧结生成硅化钨预反应物，然后与六硼化镧粉末混合球磨、高温烧结；(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉压模成型和高温烧结，得到熔融石英陶瓷坩埚。本发明制作得到的陶瓷坩埚具有更低的高温体积变化率，更好的致密性，更高的导热性，同时还增强了其抑制析晶的效果，从而提升了制备出的硅锭的品质。

Description

一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法
技术领域
本发明涉及石英陶瓷领域，具体涉及一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法。
背景技术
石英陶瓷坩埚也称石英玻璃陶瓷坩埚，大多为方形。石英陶瓷坩埚具有结构精细、热导率低、热膨胀系数小、尺寸精度高、高温不变形、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好等特点，主要用于多晶硅熔炼铸锭使用。石英陶瓷坩埚是多晶硅铸锭炉的关键材料，作为装载多晶硅原料的容器。此种石英陶瓷坩埚要求在1500℃以上的高温下连续工作50小时以上，才能生产多晶硅硅锭。
石英陶瓷坩埚在用于多晶硅熔炼铸锭使用时，由于其使用条件极其苛刻，对坩埚的纯度、强度、外观缺陷、内在质量、高温性能、热振稳定性、尺寸精度等都有极其严格的要求。在多晶硅铸锭过程中，石英坩埚中的杂质会慢慢扩散到硅锭中，因此靠近坩埚部分的晶体由于来自坩埚的污染和晶体缺陷较多。为了抑制硅与石英陶瓷坩埚的反应，同时还可以起到方便脱模的作用，行业内普遍在石英陶瓷坩埚内表面喷涂氮化硅涂层。但是，由于氮化硅涂层的致密性较差，相对较为疏松，因此仍然不能完全阻挡坩埚本体的杂质进入熔硅，实际效果并不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)纯化石英粉：
选择纯度不小于99.99％的石英粉依次经过高温烧结、粉碎、酸洗、水洗和干燥处理，得到纯化后的石英粉；
(2)制备六硼化镧粉末：
选择氧化镧粉末与碳化硼粉末依次经过球磨、粉碎、压片、高温烧结、研磨和酸洗处理，得到六硼化镧粉末；
(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：
先将硅粉、钨粉经过第一次高温烧结生成硅化钨预反应物，然后与步骤(2)制备的六硼化镧粉末混合球磨，经过第二次高温烧结，得到六硼化镧/硅化钨复合微粉；
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：
将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水混合制备成浆液，经过干燥、压模成型和高温烧结，得到熔融石英陶瓷坩埚。
优选地，步骤(1)中，高温烧结的温度是1000-1050℃，烧结时间是3-5h。
优选地，步骤(1)中，粉碎的粒径是10-20μm，其中，按照质量比值，粒径在10-15μm之间的占63.5％，粒径在10-15μm之间的占36.5％。
优选地，步骤(1)中，酸洗是在酸液中搅拌1-2h后，再静置8-12h，其中酸液为质量分数为10％的硫酸溶液。
优选地，步骤(1)中，水洗是使用蒸馏水冲洗至中性，干燥是在80-90℃烘箱内干燥至恒重。
优选地，步骤(2)中，氧化镧粉末因比较容易吸附空气中的水汽和二氧化碳，因此在使用前需要先经过高温烧结，即在650-750℃的温度下保温烧结2-3h。
优选地，步骤(2)中，氧化镧粉末与碳化硼粉末的混合摩尔比是1:3，球磨是在行星球磨仪内进行，使用无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400-500rpm，球磨6-8h，无水乙醇的加入量是氧化镧粉末与碳化硼粉末混合质量的1.1-1.2倍。
优选地，步骤(2)中，球磨结束后在80-90℃烘箱内干燥，然后压成薄片状。
优选地，步骤(2)中，高温烧结是在还原氢气氛围的保护下，升温至1250-1450℃，保温烧结2-3h，冷却后粉碎至0.8-1μm的粒径。
优选地，步骤(2)中，酸洗是使用质量分数为10％的盐酸溶液洗涤，洗涤时间是1-2h，洗涤温度是50-60℃，然后使用蒸馏水洗涤至中性，在80-90℃烘箱内干燥，过筛。
优选地，步骤(3)中，硅粉与钨粉的混合摩尔比是2:1，硅粉与钨粉的粒径均为200-300nm。
优选地，步骤(3)中，第一次高温烧结是在还原氢气氛围的保护下，升温至950-1050℃，保温烧结1-3h。
优选地，步骤(3)中，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末的质量比值是2.4-4.8:1。
优选地，步骤(3)中，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末球磨是在行星球磨仪内进行，使用无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400-500rpm，球磨6-8h，无水乙醇的加入量是硅化钨预反应物与六硼化镧粉末混合质量的1.1-1.2倍。
优选地，步骤(3)中，第二次高温烧结是以氩气作为保护气，升温至1450-1550℃，保温烧结2-3h。
优选地，步骤(4)中，纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水的混合质量比值是10:0.2-0.8:0.005-0.01:10-20。
优选地，步骤(4)中，压模成型是将干燥后的浆液在模具内以200-300MPa的压力下保压30-60s。
优选地，步骤(4)中，高温烧结是在惰性气体的保护下，先以10℃/min的速度升温至750℃，保温1-2h后，再以15℃/min的速度继续升温至1350℃，保温10-20h。
本发明的有益效果为：
1.本发明公开了一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，与现有技术中直接使用纯石英制作的陶瓷坩埚不同，本发明在纯石英粉中混入了自制的六硼化镧/硅化钨复合微粉，且制作过程也使用的是模压成型烧结，成分与制作方式的不同，使得本发明制作得到的陶瓷坩埚具有更低的高温体积变化率，更好的致密性，更高的导热性，同时还增强了其抑制析晶的效果，从而提升了制备出的硅锭的品质。
2.在本发明中制备的六硼化镧/硅化钨复合微粉，是通过先制备出六硼化镧，再使用硅粉与钨粉预热反应制备出硅化钨预反应物，然后将六硼化镧与硅化钨预反应物复合烧结，从而得到六硼化镧/硅化钨复合微粉。该过程中，并不是直接使用六硼化镧与硅化钨复合，而是先通过硅粉与钨粉预反应出硅化钨预反应物，原因在于硅粉与钨粉在稍低的温度下生成的未完全反应的硅化钨预反应物具有更好的可加工性，将其与六硼化镧粉末球磨后再次经过更高温度的烧结，使得硅化钨预反应物完全反应生成硅化钨后与六硼化镧粉末更加紧密的包裹结合，从而使结构更加稳固，也克服了直接使用六硼化镧与硅化钨复合的融合性不足而容易开裂的现象。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)纯化石英粉：
S1.取纯度不小于99.99％的石英粉置于坩埚内，将坩埚置于高温炉内，1000℃高温烧结4h，然后随炉冷却，粉碎，得到高温烧结石英粉；
S2.将高温烧结石英粉混合于酸液中，搅拌1h后，静置12h，然后使用蒸馏水冲洗至中性后，在90℃烘箱内干燥至恒重，得到纯化后的石英粉。
(2)制备六硼化镧粉末：
S1.将氧化镧粉末置于坩埚内，升温至700℃，保温烧结3h，随炉冷却后，密封保存；
S2.取烧结后的氧化镧粉末(La2O3)与碳化硼粉末(B4C)混合于行星球磨仪内，氧化镧粉末与碳化硼粉末的混合摩尔比是1:3，使用混合粉末质量1.1倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400rpm，球磨7h后，将球磨浆料平摊在表面皿内，90℃烘箱内干燥，得到第一混合料；
S3.将第一混合料粉碎成粉末后压片，然后放在坩埚内，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至1350℃，保温烧结2h后，随炉冷却后，研磨成粉末，酸洗、干燥、过筛，得到六硼化镧粉末。
(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：
S1.称取硅粉、钨粉混合于坩埚内，硅粉与钨粉的混合摩尔比是2:1，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至1000℃，保温烧结2h后，随炉冷却，得到硅化钨预反应物；
S2.将硅化钨预反应物与六硼化镧粉末混合至行星球磨仪内，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末的质量比值是3.6:1，使用混合粉末质量1.1倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400rpm，球磨7h后，干燥，形成第二混合料；
S3.将第二混合料再次混合于坩埚内，将坩埚放在高温炉内，通入氩气作为保护气，升温至1500℃，保温烧结3h后，随炉冷却，得到六硼化镧/硅化钨复合微粉。
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：
S1.将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉混合于去离子水内，再加入聚丙烯酰胺，纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水的混合质量比值是10:0.5:0.008:15，混合均匀后，倒入行星球磨仪内，球磨速度是600rpm，球磨10h后，得到石英粉混合浆液；
S2.将石英粉混合浆液置于90℃烘箱中干燥处理，然后在模具内以300MPa的压力下保压45s，成型后得到陶瓷坩埚坯体；
S3.将陶瓷坩埚坯体在高温下进行烧结处理，在惰性气体的保护下，先以10℃/min的速度升温至750℃，保温2h后，再以15℃/min的速度继续升温至1350℃，保温15h，然后随炉降温至室温，得到熔融石英陶瓷坩埚。
实施例2
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)纯化石英粉：
S1.取纯度不小于99.99％的石英粉置于坩埚内，将坩埚置于高温炉内，1000℃高温烧结5h，然后随炉冷却，粉碎，得到高温烧结石英粉；
S2.将高温烧结石英粉混合于酸液中，搅拌1h后，静置8h，然后使用蒸馏水冲洗至中性后，在80℃烘箱内干燥至恒重，得到纯化后的石英粉。
(2)制备六硼化镧粉末：
S1.将氧化镧粉末置于坩埚内，升温至650℃，保温烧结2h，随炉冷却后，密封保存；
S2.取烧结后的氧化镧粉末(La2O3)与碳化硼粉末(B4C)混合于行星球磨仪内，氧化镧粉末与碳化硼粉末的混合摩尔比是1:3，使用混合粉末质量1.1倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400rpm，球磨6h后，将球磨浆料平摊在表面皿内，80℃烘箱内干燥，得到第一混合料；
S3.将第一混合料粉碎成粉末后压片，然后放在坩埚内，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至1250℃，保温烧结2h后，随炉冷却后，研磨成粉末，酸洗、干燥、过筛，得到六硼化镧粉末。
(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：
S1.称取硅粉、钨粉混合于坩埚内，硅粉与钨粉的混合摩尔比是2:1，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至950℃，保温烧结1h后，随炉冷却，得到硅化钨预反应物；
S2.将硅化钨预反应物与六硼化镧粉末混合至行星球磨仪内，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末的质量比值是2.4:1，使用混合粉末质量1.1倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400rpm，球磨6h后，干燥，形成第二混合料；
S3.将第二混合料再次混合于坩埚内，将坩埚放在高温炉内，通入氩气作为保护气，升温至1450℃，保温烧结3h后，随炉冷却，得到六硼化镧/硅化钨复合微粉。
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：
S1.将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉混合于去离子水内，再加入聚丙烯酰胺，纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水的混合质量比值是10:0.2:0.005:10，混合均匀后，倒入行星球磨仪内，球磨速度是500rpm，球磨8h后，得到石英粉混合浆液；
S2.将石英粉混合浆液置于80℃烘箱中干燥处理，然后在模具内以200MPa的压力下保压60s，成型后得到陶瓷坩埚坯体；
S3.将陶瓷坩埚坯体在高温下进行烧结处理，在惰性气体的保护下，先以10℃/min的速度升温至750℃，保温1h后，再以15℃/min的速度继续升温至1350℃，保温10h，然后随炉降温至室温，得到熔融石英陶瓷坩埚。
实施例3
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)纯化石英粉：
S1.取纯度不小于99.99％的石英粉置于坩埚内，将坩埚置于高温炉内，1050℃高温烧结3h，然后随炉冷却，粉碎，得到高温烧结石英粉；
S2.将高温烧结石英粉混合于酸液中，搅拌2h后，静置12h，然后使用蒸馏水冲洗至中性后，在90℃烘箱内干燥至恒重，得到纯化后的石英粉。
(2)制备六硼化镧粉末：
S1.将氧化镧粉末置于坩埚内，升温至750℃，保温烧结2h，随炉冷却后，密封保存；
S2.取烧结后的氧化镧粉末(La2O3)与碳化硼粉末(B4C)混合于行星球磨仪内，氧化镧粉末与碳化硼粉末的混合摩尔比是1:3，使用混合粉末质量1.2倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是500rpm，球磨8h后，将球磨浆料平摊在表面皿内，90℃烘箱内干燥，得到第一混合料；
S3.将第一混合料粉碎成粉末后压片，然后放在坩埚内，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至1450℃，保温烧结2h后，随炉冷却后，研磨成粉末，酸洗、干燥、过筛，得到六硼化镧粉末。
(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：
S1.称取硅粉、钨粉混合于坩埚内，硅粉与钨粉的混合摩尔比是2:1，将坩埚放在高温炉内，在还原氢气氛围的保护下，升温至1050℃，保温烧结1h后，随炉冷却，得到硅化钨预反应物；
S2.将硅化钨预反应物与六硼化镧粉末混合至行星球磨仪内，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末的质量比值是4.8:1，使用混合粉末质量1.1倍的无水乙醇作为分散剂，球磨速度是500rpm，球磨6h后，干燥，形成第二混合料；
S3.将第二混合料再次混合于坩埚内，将坩埚放在高温炉内，通入氩气作为保护气，升温至1550℃，保温烧结2h后，随炉冷却，得到六硼化镧/硅化钨复合微粉。
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：
S1.将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉混合于去离子水内，再加入聚丙烯酰胺，纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水的混合质量比值是10:0.8:0.01:20，混合均匀后，倒入行星球磨仪内，球磨速度是600rpm，球磨12h后，得到石英粉混合浆液；
S2.将石英粉混合浆液置于90℃烘箱中干燥处理，然后在模具内以300MPa的压力下保压30s，成型后得到陶瓷坩埚坯体；
S3.将陶瓷坩埚坯体在高温下进行烧结处理，在惰性气体的保护下，先以10℃/min的速度升温至750℃，保温2h后，再以15℃/min的速度继续升温至1350℃，保温20h，然后随炉降温至室温，得到熔融石英陶瓷坩埚。
对比例1
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，与实施例1的区别为，未制备六硼化镧/硅化钨复合微粉，而是将制备得到的六硼化镧粉末与市场购买的二硅化钨粉末混合后得到六硼化镧与的硅化钨混合粉料，用于替代六硼化镧/硅化钨复合微粉，其余的步骤与实施例1相同。
具体的制备步骤如下：
(1)纯化石英粉，与实施例1相同；(2)制备六硼化镧粉末，与实施例1相同；
(3)制备六硼化镧与的硅化钨混合粉料：
将步骤(2)制备的六硼化镧粉末与市场购买的二硅化钨粉末(纯度＞99.5％，粒径为0.8-1μm)在共振混合机内混合均匀，得到六硼化镧与的硅化钨混合粉料；其中，市场购买的二硅化钨粉末与六硼化镧粉末的质量比值是3.6:1。
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚(制备过程同实施例1，仅将六硼化镧/硅化钨复合微粉替换为六硼化镧与的硅化钨混合粉料)。
对比例2
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，与实施例1的区别为，未制备六硼化镧/硅化钨复合微粉，而仅将制备得到的六硼化镧粉末用于替代六硼化镧/硅化钨复合微粉，其余的步骤与实施例1相同。
具体的制备步骤如下：
(1)纯化石英粉，与实施例1相同；(2)制备六硼化镧粉末，与实施例1相同；
(3)制备熔融石英陶瓷坩埚(制备过程同实施例1，仅将六硼化镧/硅化钨复合微粉替换为六硼化镧粉末)。
实施例3
一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，与实施例1的区别为，未制备六硼化镧/硅化钨复合微粉，而是将市场购买的二硅化钨粉末(纯度＞99.5％，粒径为0.8-1μm)替代六硼化镧/硅化钨复合微粉，其余的步骤与实施例1相同。
具体的制备步骤如下：
(1)纯化石英粉，与实施例1相同；(2)制备六硼化镧粉末，与实施例1相同；
(3)制备熔融石英陶瓷坩埚(制备过程同实施例1，仅将市场购买的二硅化钨粉末替换为六硼化镧与的硅化钨混合粉料)。
将实施例1以及对比例1-3制备的熔融石英陶瓷坩埚进行性能上的检测对比，主要是针对陶瓷坩埚材料的气孔率(％)(ASTM C373-14a)、三点弯曲强度(MPa)(GB/T 39826-2021)、体积密度(g/cm3)(GB/T 4100-2015)和良品率(％)进行检测，结果如下表所示：
Figure BDA0003822346430000081
从上表中能够看出，本发明实施例1制备的熔融石英陶瓷坩埚具有更好的致密性(低气孔率以及高体积密度)和更小的高温体积变化率(线膨胀系数较小)，还具有更高的强度而不易开裂，以及良品率高于90％。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)纯化石英粉：
选择纯度不小于99.99％的石英粉依次经过高温烧结、粉碎、酸洗、水洗和干燥处理，得到纯化后的石英粉；
(2)制备六硼化镧粉末：
选择氧化镧粉末与碳化硼粉末依次经过球磨、粉碎、压片、高温烧结、研磨和酸洗处理，得到六硼化镧粉末；
(3)制备六硼化镧/硅化钨复合微粉：
先将硅粉、钨粉经过第一次高温烧结生成硅化钨预反应物，然后与步骤(2)制备的六硼化镧粉末混合球磨，经过第二次高温烧结，得到六硼化镧/硅化钨复合微粉；
(4)制备熔融石英陶瓷坩埚：
将纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水混合制备成浆液，经过干燥、压模成型和高温烧结，得到熔融石英陶瓷坩埚。
2.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(1)中，高温烧结的温度是1000-1050℃，烧结时间是3-5h；粉碎的粒径是10-20μm，其中，按照质量比值，粒径在10-15μm之间的占63.5％，粒径在10-15μm之间的占36.5％。
3.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(1)中，酸洗是在酸液中搅拌1-2h后，再静置8-12h，其中酸液为质量分数为10％的硫酸溶液；水洗是使用蒸馏水冲洗至中性，干燥是在80-90℃烘箱内干燥至恒重。
4.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(2)中，氧化镧粉末在使用前需要先经过高温烧结，即在650-750℃的温度下保温烧结2-3h；氧化镧粉末与碳化硼粉末的混合摩尔比是1:3，球磨是在行星球磨仪内进行，使用无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400-500rpm，球磨6-8h，无水乙醇的加入量是氧化镧粉末与碳化硼粉末混合质量的1.1-1.2倍；球磨结束后在80-90℃烘箱内干燥，然后压成薄片状。
5.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(2)中，高温烧结是在还原氢气氛围的保护下，升温至1250-1450℃，保温烧结2-3h，冷却后粉碎至0.8-1μm的粒径；酸洗是使用质量分数为10％的盐酸溶液洗涤，洗涤时间是1-2h，洗涤温度是50-60℃，然后使用蒸馏水洗涤至中性，在80-90℃烘箱内干燥，过筛。
6.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，硅粉与钨粉的混合摩尔比是2:1，硅粉与钨粉的粒径均为200-300nm；硅化钨预反应物与六硼化镧粉末的质量比值是2.4-4.8:1。
7.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，第一次高温烧结是在还原氢气氛围的保护下，升温至950-1050℃，保温烧结1-3h；第二次高温烧结是以氩气作为保护气，升温至1450-1550℃，保温烧结2-3h。
8.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，硅化钨预反应物与六硼化镧粉末球磨是在行星球磨仪内进行，使用无水乙醇作为分散剂，球磨速度是400-500rpm，球磨6-8h，无水乙醇的加入量是硅化钨预反应物与六硼化镧粉末混合质量的1.1-1.2倍。
9.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(4)中，纯化后的石英粉、六硼化镧/硅化钨复合微粉、聚丙烯酰胺与去离子水的混合质量比值是10:0.2-0.8:0.005-0.01:10-20。
10.根据权利要求1所述的一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法，其特征在于，步骤(4)中，压模成型是将干燥后的浆液在模具内以200-300MPa的压力下保压30-60s；高温烧结是在惰性气体的保护下，先以10℃/min的速度升温至750℃，保温1-2h后，再以15℃/min的速度继续升温至1350℃，保温10-20h。
CN202211045804.4A 2022-08-30 2022-08-30 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法 Active CN115321969B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211045804.4A CN115321969B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211045804.4A CN115321969B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115321969A true CN115321969A (zh) 2022-11-11
CN115321969B CN115321969B (zh) 2023-03-31

Family

ID=83927557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211045804.4A Active CN115321969B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115321969B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116082025A (zh) * 2023-02-17 2023-05-09 洛阳索莱特材料科技有限公司 一种熔融石英-碳化硅陶瓷制品及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522230A (zh) * 2001-03-08 2004-08-18 赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司 石英玻璃坩埚的制造方法
JP2007130687A (ja) * 2005-08-09 2007-05-31 Mitsubishi Materials Corp 高純度シリコン溶解鋳造用るつぼ
JP2007131512A (ja) * 2005-08-09 2007-05-31 Mitsubishi Materials Corp 高純度シリコン溶解鋳造用るつぼ
CN102452837A (zh) * 2010-10-28 2012-05-16 上海普罗新能源有限公司 用于太阳能级多晶硅制备中的炉外精炼用坩埚及其制法
CN102765969A (zh) * 2012-06-25 2012-11-07 西北工业大学 六硼化镧-二硅化钼-碳化硅抗热震涂层的制备方法
CN108298990A (zh) * 2017-12-25 2018-07-20 柳州科瑞科技有限公司 一种陶瓷模具及其制备方法
CN110590365A (zh) * 2019-10-28 2019-12-20 丘宁 一种坩埚用耐高温材料的制备方法
CN112144115A (zh) * 2020-09-21 2020-12-29 无锡市尚领石英科技有限公司 一种高寿命低变形率石英坩埚及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522230A (zh) * 2001-03-08 2004-08-18 赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司 石英玻璃坩埚的制造方法
JP2007130687A (ja) * 2005-08-09 2007-05-31 Mitsubishi Materials Corp 高純度シリコン溶解鋳造用るつぼ
JP2007131512A (ja) * 2005-08-09 2007-05-31 Mitsubishi Materials Corp 高純度シリコン溶解鋳造用るつぼ
CN102452837A (zh) * 2010-10-28 2012-05-16 上海普罗新能源有限公司 用于太阳能级多晶硅制备中的炉外精炼用坩埚及其制法
CN102765969A (zh) * 2012-06-25 2012-11-07 西北工业大学 六硼化镧-二硅化钼-碳化硅抗热震涂层的制备方法
CN108298990A (zh) * 2017-12-25 2018-07-20 柳州科瑞科技有限公司 一种陶瓷模具及其制备方法
CN110590365A (zh) * 2019-10-28 2019-12-20 丘宁 一种坩埚用耐高温材料的制备方法
CN112144115A (zh) * 2020-09-21 2020-12-29 无锡市尚领石英科技有限公司 一种高寿命低变形率石英坩埚及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
南守宇等: "熔融石英晶化抑制与烧结性能", 《河北理工大学学报(自然科学版)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116082025A (zh) * 2023-02-17 2023-05-09 洛阳索莱特材料科技有限公司 一种熔融石英-碳化硅陶瓷制品及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115321969B (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106800420B (zh) 一种碳化硅晶须原位复合刚玉高温陶瓷材料及其制备方法
KR101719284B1 (ko) 사이알론 결합 탄화규소 재료
CN110407213B (zh) 一种(Ta, Nb, Ti, V)C高熵碳化物纳米粉体及其制备方法
CN106278283A (zh) 一种分步烧结制备氮化硼陶瓷材料的方法
CN112159237A (zh) 一种高导热氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN101734923A (zh) 一种氮化铝多孔陶瓷及其制备方法
CN115321969B (zh) 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法
CN113943159B (zh) 一种碳化硼复合陶瓷的制备方法
CN112299861B (zh) 一种AlON透明陶瓷伪烧结剂与应用及透明陶瓷的制备方法
CN1699168A (zh) 二硼化锆微粉的燃烧合成方法
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN113480318B (zh) 一种高热导氮化硅陶瓷及其制备方法
CN111116206A (zh) 致密MoAlB陶瓷材料的制备方法、其产物及高纯MoAlB陶瓷粉的制备方法
CN112209720B (zh) 一种碳/碳化硅双连续相复合材料及其制备方法
JP5108803B2 (ja) シリカ容器の製造方法
CN115073186B (zh) 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法
CN109231972B (zh) 轻质电熔刚玉砖
JP2002220282A (ja) 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法
JP5487259B2 (ja) シリカ容器
CN112897885B (zh) 一种高纯二氧化硅玻璃陶瓷材料及其制备方法
JPH0312316A (ja) 窒化ホウ素粉末及びその焼結体
CN112552031A (zh) 一种SiO2-BN复相陶瓷及其制备方法
CN114230154B (zh) 一种高寿命低变形率石英坩埚及其制备方法
CN114702327B (zh) 一种高强韧氧化铝基复合陶瓷基板及其制备方法
JPH0253388B2 (zh)

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