CN115621305A - 碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件。本发明描述一种包含(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料的碳化硅‑石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。此碳化硅‑石墨复合物适用于许多应用，诸如在制造太阳能电池或其它光学、光电、光子、半导体及微电子产品中的植入式硬掩模，以及在诸如光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及离子源腔室的离子植入系统材料、组件及组合件中。

Description

碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件
本申请是申请日为2016年8月18日、申请号为201680056231.1、发明名称为“碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉引用
特此根据35 USC 119请求2015年8月20日申请的碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件(SILICON CARBIDE/GRAPHITE COMPOSITE AND ARTICLES ANDASSEMBLIES COMPRISING SAME)的美国临时专利申请案62207375及2015年12月9日申请的碳化硅/石墨复合物与包括所述复合物的物件及组合件(SILICON CARBIDE/GRAPHITECOMPOSITE AND ARTICLES AND ASSEMBLIES COMPRISING SAME)的美国临时专利申请案62265376的权益。出于所有目的，此类美国临时专利申请案的揭示内容特此以全文引用的方式全部并入本文中。
技术领域
本发明涉及碳化硅/石墨复合物及包括所述复合物的材料、物件及组合件。
背景技术
在LED的制造中(例如，在腔室中利用以供生长LED的基座物件中)及诸如用于制造太阳能电池的植入式硬掩模中的离子植入中及光束操控镜头、腔室衬垫、光束光阑及源极腔室中的离子植入机中利用石墨组件及组合件。
在这些应用中，尽管石墨具有使其优越的相关特性，但其也具有作为建构材料的缺陷，例如不适当化学抗性、摩擦特性及对粒子生成的易感性。借助于说明，通过在生长LED，尤其高亮度LED中所利用的许多工艺性化学品来侵蚀及腐蚀用于生长LED的石墨基座。在离子植入中，由石墨或玻璃态碳-浸染的石墨形成的光束线易遭受腐蚀且因光束照射、溅射及剥蚀机制生成粒子。
在各种前述应用中，因碳化硅的有利的特性，包含硬度、化学抗性及有利的摩擦特性，已考虑此类石墨组件及组合件上的碳化硅涂层。然而，由于其在变温制度中需要热稳定性且由于SiC及石墨在耐热震性方面明显地不同，因此尚未成功地实施对应的经SiC涂布的石墨结构。因此，由于与导致SiC断裂的光束照射相关联的较高热震，离子植入机应用中的经SiC涂布的石墨结构容易失效，且当即使经历较小温度变化时，在这些及其它应用中，SiC与石墨之间的热膨胀系数(CTE)不匹配可实现从石墨基底材料分层SiC涂层。
因此，本领域继续探寻用于此类应用的石墨物件及组合件的改进。
发明内容
本发明涉及碳化硅/石墨复合物及包括所述复合物的材料、物件及组合件。
在一个方面中，本发明涉及一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。
在另一方面中，本发明涉及一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于外部碳化硅基质材料中的包含物中；所述碳化硅-石墨复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：
(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；
(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；
(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；
(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；
(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；
(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内；
其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；
(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；
(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；
(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；
(x)所述复合物不含游离硅；及
(xi)所述复合物掺杂有氮。
本发明的另一方面涉及一种包括此碳化硅-石墨复合物的材料、物件或组合件，例如用于制造太阳能电池的植入式硬掩模或离子植入装置材料、组合件或组件，诸如光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及源极腔室。
本发明的另一方面涉及一种制备此碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。
本发明的又一方面涉及一种制备碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，其中所述化学反应条件可有效地产生碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：
(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；
(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；
(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；
(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；
(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；
(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内；
其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中：Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；
(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；
(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；
(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；
(x)所述复合物不含游离硅；且
(xi)所述复合物掺杂有氮。
本发明的其它方面、特征及实施例将从随后的说明书及所附权利要求书加完全地显而易见。
附图说明
图1为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示本发明的碳化硅-石墨复合物的SiC基质材料及界面区域的微观结构。显微图经标记以指示包括经反应转化的石墨及底层块状石墨材料的SiC基质材料的大致厚度。如所说明，SiC基质材料含有石墨包含物且在界面处存在各自内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。
图2为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1的复合物的界面区域中的微观结构，同样涉及内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。
图3为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1复合物的SiC基质材料的上表面区域，展示此基质材料中的石墨包含物。
图4为在100倍的放大倍数下的图1的复合物的扫描电子显微镜(SEM)反向散射图像，其中所述图像的光照区展示SiC且所述图像的黑暗区展示C(石墨)，清楚地证明石墨包含物在SiC基质材料中。
图5为在500倍放大倍数下图1的复合物的界面区域的电子显微照片，其展示SiC基质材料与块状石墨材料的相互渗透。
图6为在500倍放大倍数下图5的显微照片的对应的基本映射，其中SiC基质材料经展示为较亮彩色材料，含有呈更暗彩色材料的石墨包含物。
图7为在500倍放大倍数下图5的显微照片的对应的基本映射，其展示复合物中的硅。
图8为在500倍放大倍数下图5的显微照片的对应的基本映射，其展示复合物中的碳(石墨)。
图9为在1000倍放大倍数下SiC基质材料的区域的反向散射图像，其通过所述图像的中心部分中的概述形状分界，当进行EDX分析时，其展示在此类概述内的材料包括38.83wt.％的碳、5.60wt.％的氧及55.57wt.％的硅，由此反映复合物的SiC基质材料中的块状石墨相与碳化硅基质相的相互渗透。
图10为核心由基底石墨材料(“SUPERSiC-GS”)形成的本发明的基底石墨材料(“石墨”)及碳化硅-石墨复合物的抗蚀性的图表，其中根据以psi计的SiC喷砂气压的变化绘制以克计的重量损失。
具体实施方式
本发明涉及碳化硅/石墨复合物及包括所述复合物的物件及组合件，诸如可用于制造LED、太阳能电池及光伏面板、平板显示器及半导体及微电子产品。
在一个方面中，本发明涉及一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。
本发明的碳化硅-石墨复合物可以具有与石墨互混的碳化硅表层及底层石墨核心的各种形状、形式及构形提供。与突然自高温冷却时将破裂或破碎的碳化硅相比，在热电击时此复合材料抗氧化及抗分层。
复合物可通过化学蒸汽转化以部分地将石墨的外部层转化为碳化硅来形成，如下文中更充分描述。石墨的此部分转化避免可在应力下分层的分离的碳化硅层的形成。此“外壳转化”实现具有分别优于二者中的一者的优点且优于此前已知的经碳化硅涂布产物的优点的单组件物件中的碳化硅及石墨的最有利的属性。
由于与此类石墨及陶瓷材料相关的碳化硅-石墨复合物的更高性能及降低的成本特征，此外壳转化也实现与可用于诸如离子植入设备的光束线结构的应用的石墨及其它陶瓷材料相比较低的经营成本。
除在离子植入工具中使用以外，碳化硅-石墨复合物在各种应用中具有实用性(例如，航空应用)，其中需要在极高温度下短时间段(以分钟为单位)的较高抗氧化性。
更具体来说，本发明的碳化硅-石墨复合物具有适用于各种具体应用的多种有利属性及性能特性。此复合物与固体碳化硅相比具有增加的耐热震性。举例来说，在200℃ΔT至400℃ΔT的范围内的热震水平(温度变化，ΔT，以℃计)下，本发明的碳化硅-石墨复合物的挠曲强度已证实将在75.8kPa至124.1kPa(11,000psi至18,000psi)的范围内。本发明的碳化硅-石墨复合物的初始等离子体抗蚀性及物理抗磨损性类似于碳化硅的初始等离子体抗蚀性及物理抗磨损性。碳化硅-石墨复合物能够与经转化的人工制品保持紧密度容限。其具有比通过化学蒸汽沉积所形成的经碳化硅涂布的石墨更高的电导率。碳化硅-石墨复合物的碳化硅外壳比石墨上的常规化学蒸汽沉积涂层更厚。由于去除后转化加工，所述复合物实现低成本。碳化硅外壳的热膨胀系数(CTE)匹配硅沉积及氮基沉积。碳化硅外壳比石墨底层硬得多，由此大体上实现延长组件寿命。
本发明的碳化硅-石墨复合物的示意性材料特性陈述于下表1中。
表1
Figure BDA0003920810840000051
Figure BDA0003920810840000061
*基于12.5的表面积/体积的比率。
**基于0.25″×0.5″×4″MOR巴的4pt
本发明的碳化硅-石墨复合物可用于包括此复合物的对应的材料、物件及/或组合件的广泛的变体中。举例来说，碳化硅-石墨复合物可用于植入式硬掩模中以供用于制造太阳能电池或其它光学、光电、光子、半导体及微电子产品。碳化硅-石墨复合物也可作为离子植入装置材料、组合件或组件用于离子植入系统中。此用途的实例包含光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及离子源腔室。
在一个特定应用中，本发明的碳化硅-石墨复合物用于经利用以供生长发光二极管(LED)的类型的基座中。基座可具有延伸穿过基座物件的厚度的长形的通孔(例如，具有大于3∶1的长度∶宽度的纵横比)。基座物件可由根据本发明加工的块状石墨材料形成，以在基座物件的外表面区域上以及在基座物件的通孔中的内表面区域上形成碳化硅基质材料。因此所得基座产物物件受整体地与内部块状石墨材料相关联的外部覆盖碳化硅基质材料保护。因此，基座物件将抵抗来自在LED生长过程中所利用的在主表面以及基座物件的通孔中的表面二者上的工艺性化学品的腐蚀。
因此，本发明涵盖一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中。
此碳化硅-石墨复合物可经配置，其中(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料中的每一者具有相应的厚度，其中内部块状石墨材料的厚度大于外部碳化硅基质材料的厚度。举例来说，在各种实施例中，内部块状石墨材料的厚度与外部碳化硅基质材料的厚度的比率可在5至10,000或10至1000的范围内或在适于复合物的最终使用的其它适合的范围内。
上述碳化硅-石墨复合物可由具有在150μm至1000μm范围内的厚度的外部碳化硅基质材料构成。在各种实施例中，所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径可在5μm至20μm的范围内，或在10μm至15μm的范围内，或在适于复合物的最终使用的其它适合的范围内。
在各种实施例中，所述碳化硅-石墨复合物的密度可在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内，或在2.0g/cc至2.25g/cc复合物的范围内，或在其它适合的范围内。
在各种实施例中的本发明的碳化硅-石墨复合物可具有在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃范围内的复合物的热膨胀系数(CTE)。
在各种实施例中，本发明的碳化硅-石墨复合物可通过使石墨与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应来形成，且所述复合物可具有在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1范围内的表征参数CP，其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积。
在各种实施例中，复合物表征参数CP可例如在0.5％/cm-1至2％/cm-1的范围内，且在其它实施例中，复合物表征参数CP可在0.55％/cm-1至1.8％/cm-1的范围内。
在其它实施方案中的本发明的碳化硅-石墨复合物上可不含任何碳化硅罩盖层。在另外其它实施方案中的碳化硅-石墨复合物可为玻璃状无碳复合物。在又一其它实施方案中，本发明的碳化硅-石墨复合物可形成为包括内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合。
可形成根据本发明的碳化硅复合物以不含游离硅。本发明的复合物可掺杂有氮，例如按复合物的总重量计0.1重量％至1.2重量％，或按复合物的总重量计0.2重量％至0.9重量％，或按复合物的总重量计0.3重量％至0.7重量％的氮含量，或在复合材料中呈其它掺杂浓度的氮。
因此，本发明的碳化硅-石墨复合物可包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于外部碳化硅基质材料中的包含物中；及碳化硅-石墨复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：
(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；
(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；
(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；
(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；
(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；
(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内，其中CP通过关系式Cp＝Wg/[S/V]来定义，其中Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；
(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；
(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；
(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；
(x)所述复合物不含游离硅；及
(xi)所述复合物掺杂有氮。
本发明的另一方面涉及包括本发明的上述碳化硅-石墨复合物的材料、物件或组合件。实例包含在用于制造用于光学、光电、光子、半导体或微电子产品的制造设施中的离子植入装置中使用的植入式硬掩模。举例来说，制造设施中的植入装置可经配置以供制造太阳能电池。在各种实施例中的材料、物件或组合件可包括离子植入装置材料、组合件或组件，例如，其中离子植入装置材料、组合件或组件包括于离子植入装置的光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及离子源腔室中的至少一者中。作为另一实例，材料、物件或组合件可包括用于LED生长装置的基座，其中复合物的碳化硅基质材料为基座的表面的至少一部分，例如，其中基座中含有一或多个通孔，且复合物的碳化硅基质材料在孔的内表面上。
本发明的另一方面涉及一种制备此碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。
本发明的广泛实践中的反应条件可变化以提供特定所需特征的碳化硅-石墨复合物。在各种实施例中，石墨物件与一氧化硅(SiO)气体的反应可在1400℃至2000℃范围内的温度下进行。在其它实施例中，化学反应可在1600℃至1900℃范围内的温度下进行，且在另外其它实施例中，反应可在1750℃至1850℃范围内的温度下(例如在1800℃下)进行。特定实施例中的一氧化硅(SiO)气体可与气体混合物中的石墨物件接触，其中SiO浓度按气体混合物的总体积计在5体积％至50体积％的范围内，余下气体混合物为CO及惰性气体，例如氮气、氦气、氩气等。可在接触中采用含有一氧化硅的其它气体混合物以进行反应并产生碳化硅-石墨复合物。
因此，本发明的方法通过与气相一氧化硅(SiO)的化学反应将石墨起始材料或物件的外表面部分转化为SiC基质材料。因此可例如通过加工此起始材料或物件或另外通过机械地、化学地及/或光学地(例如，通过激光操作)从原始块状材料或物件移除材料以预定或另外所需形状或形式提供石墨起始材料或物件。
随后，形成SiC基质材料的化学反应产生具有与石墨起始材料或物件基本上相同的尺寸特征的整体反应产物。此外，除由在SiC与石墨之间的较小密度差异造成的较小密度差值外，反应产物材料或物件的(件)密度将类似于石墨起始材料或物件的密度。
本发明的碳化硅-石墨复合物在本领域中获得实质性进展。举例来说，参照石墨本身的光束线用途，石墨可用于高温应用中，但使用纯块状石墨的问题在于离子束随时间推移腐蚀石墨且产生颗粒，其在半导体及其它产物的制造中为实质性问题且其可使得此类产物高效或甚至不可用于其预期目的。SiC抗暴露于植入机离子束中的腐蚀，但其不能单独用于光束线本身中或作为石墨上的涂层，这是因为SiC的快速加热造成SiC的热震及破裂，从而产生粒子。因此，本发明的碳化硅-石墨复合物的用途实现仅通过石墨或SiC不可实现的效用。
当暴露于离子植入机的光束线中的离子束时，本发明的碳化硅-石墨复合物令人惊讶且出乎意料地对粒子的腐蚀及形成具有耐受性。尽管不期望受关于本发明的复合物的机制的任何理论或假设束缚，但所揭示碳化硅-石墨复合物中的导热石墨及抗腐蚀SiC的组合可归因于显示较低颗粒化的SiC及用于协助阻止复合物中的SiC基质破裂的石墨的良好导热性。
本发明的碳化硅-石墨复合物令人惊讶且出乎意料的额外优点是可制造用于离子植入应用的离子束组件，且此类组件可使用喷砂或喷珠来重新修整以移除含有诸如磷及砷的植入掺杂剂离子的顶部层，以及复合物中的SiC基质材料的SiC组件用于辅助复合物以抵抗通过喷射工艺移除的过量材料。
因此，可采用本发明的碳化硅-石墨复合物以形成离子植入机装置的光束线组件，其中复合物减少从离子植入机装置的操作中的组件生成的粒子的数目，同时提供比碳化硅更接近石墨的热震特性，但其保持导电以实现离子束的电磁操控。因此，复合物使得离子植入机装置的光束线中的石墨/碳颗粒化减少。另外，复合物中的SiC基质材料提供高度坚固表面使得光束线组件能够通过机械喷砂清洁且比标准玻璃状碳浸润的光束线组件再使用更长时间。
当用作与由石墨单独形成的硬掩模的用途有关的硬掩模材料时，本发明的碳化硅-石墨复合物也使得更长使用期限能够在太阳能植入工具中实现。
因此，本发明的碳化硅-石墨复合物根本上区别于经碳化硅涂布的石墨结构。本发明的复合物包含在石墨已转化为含有未反应的石墨包含物的碳化硅的SiC基质材料下面的未经转化的石墨部分。在本发明的此类复合物中，未经转化的下层石墨部分通常将具有大于SiC基质层的厚度的厚度，且在特定实施例中，未经转化的石墨部分(块状石墨基板)的厚度与SiC基质部分的厚度的比率可在5至10,000或更多的比率中，且在其它实施例中可在10至1000、15至500、20至300的比率或其它合适厚度比率值中。
就绝对厚度值来说，本发明的碳化硅-石墨复合物可在特定实施例中包括厚度为150μm至1000μm的SiC基质材料。碳化硅基质材料与经碳化硅涂布的石墨的区别为，本发明的碳化硅-石墨复合物的SiC基质材料为不具有将指示经涂布材料的类型的分离的过渡分界的碳化硅及石墨(碳)的组成的基质。因此，碳化硅-石墨复合物将不在热应力或机械应力下分层。
此外，SiC基质材料提供覆盖块状石墨内部材料、减小产物物件的磁导率的障壁材料。此经减小的磁导率将减慢氧气或其它反应气体与复合物产物物件的反应速率，由此使得其能够在氧化或化学腐蚀性环境中具有延长的使用寿命。此外，本发明的复合物产物物件较对应的石墨(单独的)物件将具有更高物理腐蚀耐受性。
所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径可在5μm至20μm、10μm至15μm的范围或粒径值的其它适合的范围内。在特定实施例中，本发明的碳化硅-石墨复合物的密度可在1.70g/cc至1.9g/cc复合物的范围内，且在其它实施例中，所述密度可在1.5g/cc至2.1g/cc复合物的范围内，或在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内，或在1.8g/cc至2.3g/cc复合物的范围内，或在2.0g/cc至2.25g/cc复合物的范围内，或在本发明的特定实施方案中，在其它范围内。
如上文所论述，本发明的碳化硅-石墨复合物根本上不同于经碳化硅涂布的石墨结构。在经碳化硅涂布的石墨结构中，石墨部分(块状石墨基板)涂有SiC且SiC涂层填充石墨部分的顶部表面处的孔，但不存在如本发明的复合物的SiC基质组成及形态，其中内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，且其中石墨存在于外部碳化硅基质材料中的包含物中。
在本发明的广泛实践中，可采用任何适合的工艺条件来进行SiO蒸汽与石墨基板的合适反应。在各种实施例中，反应可在约1400℃至2000℃的温度下及接近于环境压力条件的压力(诸如650托至1.3巴的压力)下进行。在各种实施方案中，此反应中的压力可在0.9巴至1.2巴的范围内。在其它实施方案中，相对于环境(大气)压力，压力可略呈正值，其足以提供克服包含相关联的流动电路的沉积反应器系统的压降的压力。温度可在特定应用中相应地变化，且可例如在1400℃至1800℃、1500℃至1750℃的范围内或上述1400℃至2000℃的范围以外的其它适合范围或温度值，其如可适用于供产生本发明的碳化硅/石墨复合材料用的特定加工过程。
用于与石墨反应以形成本发明的SiC/石墨复合材料的一氧化硅蒸汽可以产生SiO蒸汽的任何适合的方式生成。在各种实施例中，通过将碳与二氧化硅的固体混合物加热至生成所需SiO蒸汽的温度来生成SiO蒸汽。碳可呈粒子、颗粒或其它细粉的形式，或呈其它适合的形态，且二氧化硅同样地可呈粒子、颗粒或其它细粉的形式。在各种实施例中，二氧化硅可呈烟雾状二氧化硅(有时称为热解二氧化硅)的形式以生成流动至反应室的SiO蒸汽以供与其中的石墨材料反应产生本发明的SiC/石墨复合物。
用以产生本发明的复合材料的一氧化硅与石墨的反应可在将SiO蒸汽与其它气态组分一起引入至反应室的情况下进行。在一些实施例中，可能需要将呈纯净形式的SiO蒸汽流动至反应室，且在其它实施例中，将一氧化硅蒸汽与吹扫气体一起引入可为有利的，例如一氧化碳及/或诸如氦气、氩气、氖气、氪气、氮气及其类似物的惰性气体。可利用共流布置，其中各种共流气体类型与流动至腔室的SiO蒸汽以与SiO蒸汽分别或以混合物的形式同时流动至反应室。
一氧化碳与SiO蒸汽共流至反应室在避免在反应室中析出游离硅方面提供益处，且用以保证反应室中的一氧化硅浓度维持在适合地高浓度(分压)以在基板的内部块状石墨与外部基质材料中的具有石墨包含物的外部碳化硅基质之间的界面处实现碳化硅/石墨相互渗透组合物的形成。由于一氧化碳在反应中生成，引入如进料到反应室的呈共流气体的一氧化碳可用于控制SiO/石墨反应的动力学及平衡条件。
将认识到用于一氧化硅与石墨反应的特定温度、压力、流动速率及浓度条件可大体上在本发明的广泛实践内变化以提供SiC/石墨复合物，其包含在产物材料的界面处相互渗透的块状石墨及碳化硅基质，及外部基质中的石墨包含物。
惰性气体作为吹扫气体与SiO蒸汽一起流动至反应室对于实现从反应室移除反应产物气体可为有益的，使得反应速率维持足够高以供商业制造操作。
在彼此的混合物中共流一氧化碳、惰性气体及SiO至反应室在特定应用中可为有益的，或替代地通过个别对应的流动线以分开的流体流动此类一氧化碳、惰性气体及一氧化硅至反应室，或替代地利用SiO蒸汽与惰性气体及一氧化碳中的一者的混合物作为其混合物，且分别将惰性气体及一氧化碳中的另一者引入至反应室。将认识到特定流动方案可在本发明的广泛实践内变化，按需要以获得具有适于材料的特定最终用途的特性的本发明的SiC/石墨复合物。
因此，基于本文中的本发明的反应条件可在本领域的技术内变化以提供所需特征的SiC/石墨复合物。就此来说，其可用于凭经验通过特定SiC/石墨复合物的表征确定合适温度、压力、流动速率、浓度及其它条件的最合适“工艺包封”。
就此来说，采用向SiC/石墨复合物提供诸如热膨胀系数(CTE)的复合物特征的工艺条件可为有用的，所述复合物为其中热震附带温度差异、温度条件的快速偏移、热量循环或表明良好CTE特征需要的其它条件的应用提供稳固材料。举例来说，在各种实施例中的本发明的SiC/石墨复合材料可具有在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃范围内的CTE值。
具有前述CTE特征的本发明的SiC/石墨复合材料可有利地在诸如离子植入装置及光束线结构及组件的应用中采用。在使用石墨光束线结构及组件的当前系统中，光束线表面上的电离等离子体粒子的光束冲击产生显著的热量不均匀性，且温度差异可在装置的基于石墨结构元件中诱导破裂、剥离及其它有害行为。由于本发明的SiC/石墨复合材料的优良的CTE特征，此类材料抵抗常规的SiC涂布的石墨材料所经历的热震的不良效应，且相应地随着与此类常规材料有关的大体上缩短的平均故障间隔时间(MTBF)获得较长的使用寿命。
涉及显著的温度变化及热震条件的其它应用包含高-纯度半导体制造操作，其中基于石墨的基座系用作用于制造半导体产物的基板，诸如包含发光二极管(LED)的III-V化合物产物，以及积体电路及其它微电子及光电子学产物。本发明的SiC/石墨复合物在诸如制造光伏面板、平板显示器等的掩模应用的应用中也可发现实用性。
如所指示，也可利用其它物理、化学及/或性能特性表征本发明的SiC/石墨复合材料。作为说明性实例，SiC/石墨复合物可通过经受与一氧化硅接触以实现产生SiC/石墨复合材料的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)、Wg以及产物复合物的表面积-体积比、S/V来表征，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积。因此，表征参数CP可如下定义：
Cp＝Wg/[S/V]
其产生具有％/cm-1的单位的CP值。
一般来说，本发明的SiC/石墨复合物的CP值具有此前论述的有利的CTE特征，具有在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1范围内，更佳地在0.5％/cm-1至2％/cm-1范围内且最佳地在0.55％/cm-1至1.8％/cm-1范围内的CP值。
本发明的SiC/石墨复合物具有使其优于先前技术的经涂布的石墨物件的额外特征，其中碳化硅涂层沉积为石墨基板物件上的罩盖层。在这些情况下，作为碳化硅涂层与石墨的内部总体积之间的CTE差异的结果的涂层将极易遭受碳化硅涂层的剥落、剥离及分层，导致污染利用经碳化硅涂布的石墨物件的使用环境，且引起经涂布石墨物件的严重弱化及最终失效。
相比之下，作为其外部碳化硅基质在界面处与内部块状石墨以及外部基质中的石墨包含物相互渗透的结果，本发明的SiC/石墨复合物避免此罩盖层的需求，且提供对此类剥落、剥离及分层具有高度耐受性的结构材料，且因此提供在现有技术的碳化硅-经涂布石墨物件不足或甚至由于此类剥落、剥离及分层无用的涂覆中非常适用的材料。本发明的SiC/石墨复合物因此有利地形成而其上无罩盖层。
在另一方面中，本发明的SiC/石墨复合物可形成为多孔石墨材料以在多孔石墨材料的孔隙中实现石墨粉粒子的当场转化结合。用于形成本发明的SiC/石墨复合物的石墨材料可加工或以其它方式经受形成操作以赋予所需形状、大小，及对石墨特征的确认，在其之后石墨与SiO蒸汽反应以形成SiC/石墨复合物。
此类加工及形成操作始终如一地产生石墨的极其精细粒子，作为在表面上且在所形成的石墨物件的孔隙中的石墨粉。尽管所形成的石墨物件可经受过程的冲洗、真空提取及振动模式以自所形成的石墨物件移除石墨粉粒子，但此类移除操作并不实现自所形成的石墨物件完全移除石墨粉，且石墨粉粒子明显始终如一地存在于物件的孔隙中。
本发明的过程用于使SiO蒸汽与石墨物件反应，利用本文不同地论述的工艺条件，通过存在于石墨的此类粉尘颗粒间隙之间的SiO产生石墨颗粒的转化，使得石墨颗粒转化为碳化硅且所得碳化硅跨石墨颗粒之间的间隙空隙生长以实现SiC与总体积石墨材料的高效相互渗透。
通过使所形成的石墨物件经受树脂浸渍，接着在形成玻璃状碳(有时称为玻璃态碳)的条件下热解的此方法在有利地移除及合并孔隙中的石墨粉颗粒中优于诸如浸透孔隙与有机树脂源材料以供形成孔隙中的玻璃状碳的替代方法。此类玻璃状碳的形成实现加工或以其它方式实现所形成的石墨物件的孔隙中的石墨粉粒子的同化，但所得产物物件的所得性能特性劣于如上文所描述通过与SiO蒸汽接触通过石墨粒子的转化结合所获得的那些。因此，本发明的SiC/石墨复合物有利地形成为玻璃状无碳材料。
如通过产物碳化硅/石墨复合材料的x射线绕射分析所测定，本发明的碳化硅/石墨复合材料有利地形成为不含游离硅的复合材料。出于此目的，SiO蒸汽与石墨基板材料的反应可在用于抑制作为反应副产物的基本硅的形成的一氧化碳或其它混合气体组分或组合物的存在下进行。
如上文所指示，用作与石墨的反应物以形成本发明的SiC/石墨复合材料的SiO蒸汽可与惰性气体共流至反应室。就此来说，出于此目的使用氮气作为惰性气体对本文中前述的“吹扫”或反应器清洁功能具有的额外益处在于，来自此共流的氮将以掺杂剂浓度水准并入SiC/石墨复合材料中，且可有利地采用此掺杂剂氮含量以改进复合材料的性能特征，包含诸如电阻率的电特性、包含硬度及抗冲击性的摩擦特性及热特性。出于此目的，按包含SiO及氮气的气体混合物的总体积计，可在与SiO蒸汽的混合物中采用按体积计在5％至50％浓度水准范围下的氮气惰性气体。通过选择SiO/N2气体混合物的氮组分的合适浓度及分压，SiC/石墨复合材料中的氮的掺杂浓度水准可相应地在任何所需水准下，且在各种实施例中，按SiC/石墨材料的总重量计，氮含量可为约0.1重量％至1.2重量％。在其它实施例中，氮含量可为约0.2重量％至0.9重量％，且在另外其它实施例中，同样按SiC/石墨总重量计，氮含量可为约0.3％至0.7％。在特定实施例中，通过本发明的方法所产生的SiC的氮含量经测量为每立方厘米SiC/石墨复合材料2.34×1020个原子。
从前述应了解，用以形成本发明的SiC/石墨复合材料的SiO蒸汽与石墨的反应可在不同条件下进行，其涉及本文以不同方式描述的工艺条件的各种组合，其中采用材料表征及评定来鉴别用于产生本发明的SiC/石墨材料的特定操作条件。
因此，本发明涵盖制备碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。
以此方法，可提供石墨物件以供与预定形状或形式接触。可通过加工起始石墨物件以赋予其预定形状或形式来提供此预定形状或形式，例如通过对起始石墨物件发射激光而以光子方式移除材料。
如所论述，接触化学反应条件可包括任何适合范围内的温度，诸如：在1400℃至2000℃范围内的温度；在1600℃至1900℃范围内的温度；在1750℃至1850℃范围内的温度；在1400℃至1800℃范围内的温度；在1500℃至1750℃范围内的温度；或另一范围内的温度。
在上文大体上所述的方法中，按气体混合物的总体积计，可与气体混合物中浓度为5体积％至50体积％的一氧化硅进行接触。在各种实施例中，气体混合物可包括CO及/或惰性气体(例如氮气)。
接触化学反应条件可包括任何适合的压力，诸如在650托至1.3巴范围内的压力，或在0.9巴至1.2巴范围内的压力，或相对于环境压力为足够正值的压力以克服用于进行化学反应的沉积反应器系统及相关联的流动电路的压降，或其它压力条件。
在上文大体上所述的方法中，可通过加热碳与二氧化硅的固体混合物生成SiO气体，例如其中碳呈粒子、颗粒或其它细粉形式，及/或其中二氧化硅呈粒子、颗粒或其它细粉形式。特定实施例中的二氧化硅可包括烟雾状二氧化硅。
在本发明的大体上描述的方法中，可在如下反应室中进行化学反应，其中SiO蒸汽流动至所述反应室。在各种实施例中，吹扫气体也可流动至反应室。在其它各种实施例中，一氧化碳及/或惰性气体(例如，氦气、氩气、氖气、氪气、氮气等)也可流动至反应室。
本发明进一步涵盖一种制备碳化硅-石墨复合物的方法，其包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将石墨物件的外部部分转化为在其中石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，其中所述化学反应条件可有效地产生碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物通过选自由以下组成的群的任何两个或更多个特征表征：
(i)所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内；
(ii)所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度；
(iii)所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内；
(iv)所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc复合物的范围内；
(v)所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内；
(vi)所述复合物的表征参数CP在0.5％/cm-1至3.2％/cm-1的范围内，其中CP通过关系式CP＝Wg/[S/V]来定义，其中Wg为经受与一氧化硅接触以进行产生复合物的反应的石墨材料的重量增加百分比(％)；且S/V为产物复合物的表面积-体积比，其中S为以平方厘米计的复合物的表面积，且V为以立方厘米计的复合物的体积；
(vii)所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层；
(viii)所述复合物为玻璃状无碳复合物；
(ix)所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合；
(x)所述复合物不含游离硅；且
(xi)所述复合物掺杂有氮。
在包括两种或更多种特征(i)至(xi)的此类组合及排列的方法中，石墨物件可经配置用作离子植入系统的结构物件，其中复合物的碳化硅基质材料提供结构物件的表面的至少一部分。离子植入系统的结构物件可经配置以包括于离子植入系统的光束线组合件、光束操控镜头、电离腔室衬垫、光束光阑及离子源腔室中的一者中。替代地，石墨物件可经配置用作用于LED生长装置的基座，其中复合物的碳化硅基质材料提供基座的表面的至少一部分。
现参看图式，图1为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示本发明的碳化硅-石墨复合物的SiC基质材料及界面区域的微观结构。显微图经标记以指示包括经反应转化的石墨及底层块状石墨材料的SiC基质材料的大致厚度。如所说明，SiC基质材料含有石墨包含物且在界面处存在各自内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。
图2为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1的复合物的界面区域中的微观结构，同样涉及内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料的相互渗透。
图3为在200倍的放大倍数下的电子显微图(金相)，其展示图1复合物的SiC基质材料的上表面区域，展示此基质材料中的石墨包含物。
图4为在100倍的放大倍数下的图1的复合物的扫描电子显微镜(SEM)反向散射图像，其中所述图像的光照区展示SiC且所述图像的黑暗区展示C(石墨)，清楚地证明石墨包含物在SiC基质材料中。
图5为在500倍放大倍数下的图1的复合物的界面区域的电子显微照片，其展示SiC基质材料与块状石墨材料的相互渗透。
图6为在500倍放大倍数下的图5的显微照片的对应的基本映射，其中SiC基质材料经展示为较亮彩色材料，含有呈更暗彩色材料的石墨包含物。
图7为在500倍放大倍数下的图5的显微照片的对应的基本映射，其展示复合物中的硅。
图8为在500倍放大倍数下的图5的显微照片的对应的基本映射，其展示复合物中的碳(石墨)。
图9为在1000倍放大倍数下的SiC基质材料的区域的反向散射图像，其通过所述图像的中心部分中的概述形状分界，当进行EDX分析时，其展示在此类概述内的材料包括38.83wt.％的碳、5.60wt.％的氧及55.57wt.％的硅，由此反映复合物的SiC基质材料中的块状石墨相及碳化硅基质相的相互渗透。
如本文先前所论述，本发明的碳化硅-石墨复合物可用于制造用于离子植入应用的离子束组件，且此种组件可在材料不会通过喷射工艺过量移除的情况下通过喷砂或喷珠来重新修整。
通过以克计的重量损失依据以psi计的喷砂气压的变化绘制的图10的图表中的数据展示本发明的碳化硅-石墨复合物的优良抗蚀性，用于基底石墨材料(“石墨”)且用于核心由基底石墨材料(“SUPERSiC-GS”)形成的本发明的碳化硅-石墨复合物。为生成展示于图10中的数据，相应材料为在20psi、30psi及40psi气压下经喷砂以测试其耐磨性的SiC。如通过图表中的数据所展示，本发明的碳化硅-石墨复合物展现与基底石墨材料有关的明显减小的重量损失。
本发明的碳化硅-石墨复合物物件将基本上比完整SiC物件更便宜，因为所有加工及产物物件形成操作可在石墨起始物件上进行，而由石墨起始物件上的SiC基质材料的形成所产生的产物物件的物理尺寸无实质性变化。碳化硅-石墨复合物表面上的SiC基质材料是高度导电的，具有通常小于约1欧姆-厘米的电阻率。
本发明的碳化硅-石墨复合材料也具有极高纯度，使得其为有吸引力的材料以供用于半导体或高亮度LED应用。如通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)基本分析测定所测定，下表2中的陈述为本发明的示意性碳化硅-石墨复合材料的基本分析数据列表。
表2
Figure BDA0003920810840000171
鉴于其低成本、高纯度、较低电阻率及高机械完整性，本发明的碳化硅-石墨复合材料表示优良材料以用作离子植入机光束线组件，诸如镜头、光束光阑或其它腔室组件。这些特征，尤其对溅射及剥蚀的耐受性，使得在太阳能植入式硬掩模应用中极其需要本发明的碳化硅-石墨复合材料。
尽管本发明已参照特定方面、特征及示意性实施例在本文中阐述，但应了解本发明的效用不因此具有局限性，而延伸且涵盖将基于本文中的说明书向本发明的领域中的一般技术者表明自身的大量其它变化、修改及替代实施例。相应地，如在下文中所主张的本发明意在概括地理解及解释为包含在其精神及范围内的所有此类变化、修改及替代实施例。

Claims (16)

1.一种碳化硅-石墨复合物，其包括(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料，其中所述内部块状石墨材料及外部碳化硅基质材料在其间的界面区域处彼此相互渗透，其中石墨存在于所述外部碳化硅基质材料中的包含物中，其中所述复合物通过使石墨与一氧化硅接触以进行产生所述复合物的反应来形成，且所述复合物上不含任何碳化硅罩盖层，并且其中所述复合物的热膨胀系数(CTE)在4×10-6/℃至6.5×10-6/℃的范围内。
2.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述(i)内部块状石墨材料及(ii)外部碳化硅基质材料中的每一者具有相应的厚度，其中所述内部块状石墨材料的厚度大于所述外部碳化硅基质材料的厚度。
3.根据权利要求2所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在5至10,000的范围内。
4.根据权利要求2所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述内部块状石墨材料的厚度与所述外部碳化硅基质材料的厚度的比率在10至1000的范围内。
5.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述外部碳化硅基质材料具有在150μm至1000μm范围内的厚度。
6.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在5μm至20μm的范围内。
7.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物中的石墨的粒径在10μm至15μm的范围内。
8.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物的密度在1.6g/cc至2.4g/cc所述复合物的范围内。
9.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述碳化硅-石墨复合物的密度在2.0g/cc至2.25g/cc所述复合物的范围内。
10.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物的形成包括所述内部块状石墨材料的孔隙中的石墨粉颗粒的转化结合。
11.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物不含游离硅。
12.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有氮。
13.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.1重量％至1.2重量％的氮含量的氮。
14.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.2重量％至0.9重量％的氮含量的氮。
15.根据权利要求1所述的碳化硅-石墨复合物，其中所述复合物掺杂有按所述复合物的总重量计0.3重量％至0.7重量％的氮含量的氮。
16.一种制备根据权利要求1-15中任一项所述的碳化硅-石墨复合物的方法，所述方法包括在化学反应条件下使石墨物件与一氧化硅(SiO)气体接触，所述化学反应条件可有效地将所述石墨物件的外部部分转化为石墨存在于内部包含物中的碳化硅基质材料，且其中所述碳化硅基质材料及内部块状石墨材料在其间的界面区域处彼此相互渗透。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101941232B1 (ko) * 2016-12-20 2019-01-22 주식회사 티씨케이 반도체 제조용 부품, 복합체 코팅층을 포함하는 반도체 제조용 부품 및 그 제조방법
EP3514257A1 (en) * 2018-01-18 2019-07-24 Heraeus GMSI LLC Process for manufacturing a silicon carbide coated body
CN109516807B (zh) * 2018-12-25 2021-08-06 安徽工业大学 一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法
CN109824382B (zh) * 2019-04-08 2021-04-30 西安航空学院 一种热管理用SiC/石墨膜层状复合材料及其制备方法
JP2022538575A (ja) * 2019-07-02 2022-09-05 インテグリス・インコーポレーテッド 表面から粒子を除去するためにレーザエネルギを使用する方法
US11665786B2 (en) * 2019-12-05 2023-05-30 Applied Materials, Inc. Solid state heater and method of manufacture
CN111875379B (zh) * 2020-06-15 2022-11-15 深圳市赛普戴蒙德科技有限公司 一种碳基芯片特碳材料的制备方法及应用
CN112705150B (zh) * 2020-11-05 2022-12-23 中国恩菲工程技术有限公司 复合材料制备装置与方法
CN117480142A (zh) * 2021-06-15 2024-01-30 三井金属矿业株式会社 耐火构件及其制造方法
WO2023139532A1 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 Cisterni Marco Ion source
CN116496103B (zh) * 2023-06-25 2023-08-25 成都超纯应用材料有限责任公司 一种高强度、低密度碳化硅及其制备方法和应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5696788A (en) * 1979-12-29 1981-08-05 Hitachi Chemical Co Ltd Manufacture of sicccoated graphite sliding material
US5017527A (en) * 1988-07-20 1991-05-21 Korea Advanced Institute Of Science & Technology Mechanical seals of SiC-coated graphite by rate-controlled generation of SiO and process therefor
US5525372A (en) * 1992-09-08 1996-06-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of manufacturing hybrid fiber-reinforced composite nozzle material
US5656563A (en) * 1993-02-10 1997-08-12 The Morgan Crucible Company Plc Dense, self-sintered silicon carbide/carbon graphite composite
CN1329583A (zh) * 1998-12-11 2002-01-02 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 耐热冲击性高的高纯硅化碳化硅
US20080241475A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Hirofumi Fukuoka Graphite-silicon carbide composite and making method
CN102057084A (zh) * 2008-07-04 2011-05-11 昭和电工株式会社 碳化硅单晶生长用籽晶及其制造方法和碳化硅单晶及其制造方法
CN102482165A (zh) * 2009-09-04 2012-05-30 东洋炭素株式会社 碳化硅包覆碳基材的制造方法、碳化硅包覆碳基材、碳化硅碳复合烧结体、陶瓷包覆碳化硅碳复合烧结体以及碳化硅碳复合烧结体的制造方法
CN102951931A (zh) * 2011-08-29 2013-03-06 镇江仁德新能源科技有限公司 制备SiC涂层的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4513030A (en) 1982-06-18 1985-04-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of producing silicon carbide articles
JPH01249679A (ja) * 1988-03-29 1989-10-04 Toyo Tanso Kk 黒鉛一炭化珪素複合体並びにその製造法
DE4133644A1 (de) * 1991-10-11 1993-04-15 Nukem Gmbh Halbleiterbauelement, verfahren zu dessen herstellung sowie hierzu benutzte anordnung
US5580834A (en) * 1993-02-10 1996-12-03 The Morgan Crucible Company Plc Self-sintered silicon carbide/carbon graphite composite material having interconnected pores which may be impregnated and raw batch and process for producing same
US5486496A (en) 1994-06-10 1996-01-23 Alumina Ceramics Co. (Aci) Graphite-loaded silicon carbide
JPH10236893A (ja) * 1997-02-24 1998-09-08 Sumitomo Metal Ind Ltd 炭化ケイ素被覆炭素材料
JP2000319080A (ja) * 1999-05-07 2000-11-21 Tokai Carbon Co Ltd 炭化珪素被覆黒鉛部材
US20020028360A1 (en) * 1999-08-31 2002-03-07 Shaffer Peter T.B. Composite monolithic elements and methods for making such elements
JP2008260661A (ja) 2007-04-13 2008-10-30 Shin Etsu Chem Co Ltd 炭化珪素−炭化珪素繊維複合体及びその製造方法
US8749053B2 (en) * 2009-06-23 2014-06-10 Intevac, Inc. Plasma grid implant system for use in solar cell fabrications
CN102285655A (zh) 2011-06-28 2011-12-21 高志洪 将单晶硅薄片用强脉冲离子束改性为led衬底的碳化硅材料的方法
EP2752346B1 (en) 2011-08-29 2019-10-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle control device
US9814099B2 (en) 2013-08-02 2017-11-07 Applied Materials, Inc. Substrate support with surface feature for reduced reflection and manufacturing techniques for producing same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5696788A (en) * 1979-12-29 1981-08-05 Hitachi Chemical Co Ltd Manufacture of sicccoated graphite sliding material
US5017527A (en) * 1988-07-20 1991-05-21 Korea Advanced Institute Of Science & Technology Mechanical seals of SiC-coated graphite by rate-controlled generation of SiO and process therefor
US5525372A (en) * 1992-09-08 1996-06-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of manufacturing hybrid fiber-reinforced composite nozzle material
US5656563A (en) * 1993-02-10 1997-08-12 The Morgan Crucible Company Plc Dense, self-sintered silicon carbide/carbon graphite composite
CN1329583A (zh) * 1998-12-11 2002-01-02 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 耐热冲击性高的高纯硅化碳化硅
US20080241475A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Hirofumi Fukuoka Graphite-silicon carbide composite and making method
CN102057084A (zh) * 2008-07-04 2011-05-11 昭和电工株式会社 碳化硅单晶生长用籽晶及其制造方法和碳化硅单晶及其制造方法
CN102482165A (zh) * 2009-09-04 2012-05-30 东洋炭素株式会社 碳化硅包覆碳基材的制造方法、碳化硅包覆碳基材、碳化硅碳复合烧结体、陶瓷包覆碳化硅碳复合烧结体以及碳化硅碳复合烧结体的制造方法
CN102951931A (zh) * 2011-08-29 2013-03-06 镇江仁德新能源科技有限公司 制备SiC涂层的方法

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