CN116675522B - 一种大尺寸石英坩埚及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及坩埚制备技术领域，具体为一种大尺寸石英坩埚及其制备方法。本发明首先采用电弧法制备出初始石英坩埚，然后在初始石英坩埚表面制备多相涂层，该多相涂层依次为Si3N4陶瓷涂层和ZrB2‑SiC‑CeO2‑Y2O3涂层。与现有技术相比，本发明在石英坩埚表面制备得到的多相涂层与坩埚结合力较强，可在表面形成致密的保护层；另外将该多相涂层涂覆在坩埚表面，可有效提升坩埚的耐高温性能。石英坩埚是制备单晶硅的关键性基础材料，硅料通常需要在石英坩埚内高温反应十几个小时从而制备出单晶硅，因此该发明制备出的具有多相涂层的石英坩埚能够有效防止石英坩埚和硅料相互侵蚀，将杂质引入硅单晶中影响单晶硅的质量。

Description

一种大尺寸石英坩埚及其制备方法
技术领域
本发明涉及坩埚制备技术领域，具体为一种大尺寸石英坩埚及其制备方法。
背景技术
制造芯片或配置太阳能电池板需要使用单晶硅，而目前的工艺通常使用直拉法制备单晶硅。通过电弧加热和离心真空成型的方法制备大尺寸石英坩埚是拉制大直径单晶硅必不可少的基础材料。常规的石英坩埚由内层和外层组成，内层为透明层，外层为气泡层。在制备单晶硅的过程中，硅料在石英坩埚中融化和生长十几个小时，温度保持在1450℃～1550℃。在这样的条件下，透明层被硅溶液腐蚀的很严重，硅溶液进入气泡层，气泡在连续高温下容易膨胀破裂，会将气泡中的气体和石英微粒释放到硅液中，从而将杂质引入硅单晶中，导致拉制出的硅单晶的结构发生变化，从而影响单晶硅质量甚至破坏单晶硅生长。同时又降低了石英坩埚的强度，增加破裂的风险。
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种大尺寸石英坩埚及其制备方法，即在石英坩埚的内外表面制备多相涂层，用以阻止石英坩埚和硅料之间的相互侵蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大尺寸石英坩埚及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种大尺寸石英坩埚及其制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取高纯石英砂放入坩埚模具中，抽真空进行熔制，然后再用石墨电极起电弧进行熔制烧结，烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为6-8％的HF酸洗槽内酸洗6-10min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：在初始石英坩埚内侧、外侧制备多相涂层，多相涂层自内而外包括Si3N4陶瓷涂层、ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层；通过电极放电制备氮化硅/碳核壳结构粉体，将氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚内外表面，再进行高温烧结得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：将Zr粉末、Si粉末和B4C粉末混合，烧结制备出ZrB2-SiC粉料；在ZrB2-SiC粉料中添加KH560偶联剂改性后的纳米CeO2、KH560偶联剂改性后的纳米Y2O3得到混合粉料，在步骤三得到的石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品。
较为优化地，步骤一中，所述抽真空是从上到下、从里到外逐步进行；在抽真空过程中，处于内侧的区域在这一气压下可完全去除气泡，形成一层厚度为3-5mm致密且均匀的透明层；被去除的气泡在气压差下都扩散到透明层的外侧形成一层厚度为1.5-3.5mm且具有高气泡密度的区域，即气泡层。
较为优化地，步骤一中，所述高纯石英砂的杂质含量总和≤20ppm，单位重量内粒径150-200μm的石英砂占比为15-20％；真空熔制的压强为1.0-1.5Pa；电弧熔制烧结的条件为1750-1850℃烧结35-45min。
较为优化地，步骤三中，氮化硅/碳核壳结构粉体的制备方法为：
S1：以质量分数计，将40-70％的氮化硅纳米粉体与30-60％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压30-40V、电流100-150A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入200-800mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体。
较为优化地，步骤三中，所述高温烧结为热压烧结，烧结温度为1500-2000℃，烧结压力为30-60Mpa，烧结时间为90-150min。
较为优化地，步骤四中，以质量分数计，所述Zr粉末为30-50％，800目；所述Si粉末为15-30％，400目；余量为B4C粉末，400目；KH560偶联剂改性后的纳米CeO2与KH560偶联剂改性后的纳米Y2O3的质量比为(1.2-1.5)：1；KH560偶联剂改性后的纳米CeO2与Si粉末的质量比为1：10。
较为优化地，步骤四中，所述烧结条件为：在氩气的保护气氛中，1600-1700℃下热处理1-3小时。
较为优化地，步骤四中，所述等离子喷涂工艺参数为：电压：500-600V，电流：50-70A，喷涂距离：100-120mm，喷涂速度：25-35mm/s。
较为优化地，步骤四中，在透明层内侧的多相涂层厚度为0.5-0.7mm，其中Si3N4陶瓷涂层厚度为0.2-0.4mm；在气泡层外侧的多相涂层厚度为1.0-2.0mm，其中Si3N4陶瓷涂层厚度为0.5-0.7mm。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明利用电弧加热、离心真空成型的方法烧制出初始石英坩埚，然后在初始石英坩埚内外表面制备多相涂层，多相涂层依次为Si3N4陶瓷涂层、ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层。首先在石英坩埚表面形成Si3N4涂层，一方面SiO2和Si3N4化学性质相似，因此Si3N4涂层与石英坩埚本体的结合能力较强，并且其可在石英坩埚内壁形成致密的保护层；另一方面碳层在制备过程中的包覆可以有效防止氮化硅颗粒后续的表面氧化，同时可以在烧结过程中作为刚性约束层防止氮化硅颗粒的长大。
但是由于Si3N4涂层的温度保护范围比较窄，对于需要长时间高温反应来制备单晶硅的石英坩埚来说效能不足。因此本发明在在Si3N4涂层上又涂覆一层ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，ZrB2氧化生成的ZrO2可与SiO2反应生成热稳定相ZrSiO4，高热稳定性的ZrSiO能够减少持续高温反应对石英坩埚的消耗，是改善石英坩埚烧蚀性能的一种很有效的解决方案。但是随着石英坩埚拉制单晶硅的反应温度、反应时间等条件不断提高，要求石英坩埚所需的耐热温度也更高，因此本发明通过掺杂改性稀土氧化物CeO2、Y2O3作为ZrO2的改性稳定剂，既能够显著降低ZrO2材料的热导率，提升涂层的耐热绝热性能；此外，本发明还设定纳米CeO2与纳米Y2O3的质量比为(1.2-1.5)：1，在此范围内改性纳米CeO2与改性纳米Y2O3能够对ZrO2产生最好的增强效果，能够在原材料的基础上显著提升耐热性能。同时经KH560偶联剂改性后的稀土氧化物能够有效提升粒子间的分散性，避免粒子团聚。此外，本发明使用等离子喷涂技术在石英坩埚表面喷涂涂层，制备的涂层组织均匀致密、粒子间的界面明显，综合性能优良。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
高纯石英砂，采购自灵寿县华耀矿产品加工厂，型号为：hy-0125；KH560偶联剂，采购自山东华晨新材料有限公司，型号为：171；氮化硅纳米粉体，采购自河北沁迈金属材料有限公司，粒径为2-5um；石墨粉体，采购自中诺新材(北京)科技有限公司，粒径为1mm；Zr粉末，采购自北京中金研新材料科技有限公司，粒径为38um；Si粉末，采购自昂星新型碳材料常州有限公司，粒径为30um；B4C粉末，采购自四川格润福瑞斯特科技有限公司，粒径为74um；纳米CeO2，采购自东莞市凯曼光电科技有限公司，粒径为60nm；纳米Y2O3，采购自广州宏武材料科技有限公司，粒径为50nm。
实施例1：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.5Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1850℃，烧结时间为45min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗10min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：采用两步法在初始石英坩埚表面制备多相涂层，首先制备Si3N4陶瓷涂层，制备方法为：
S1：以质量分数计，将70％的氮化硅纳米粉体与30％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压40V、电流150A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入800mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体，再将得到的氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚的内外表面；
S3：将S2得到的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度为2000℃，烧结压力为60Mpa，烧结时间为150min，制备得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层的制备方法为：
S1：以质量分数计，将50％Zr粉末、30％Si粉末和15％B4C粉末混合，在氩气的保护气氛中，1700℃下热处理3小时，制备得到ZrB2-SiC粉料；
S2：在S1得到的ZrB2-SiC粉料中添加用KH560偶联剂改性后的3％纳米CeO2和2％纳米Y2O3得到混合粉料，在步骤三得到石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料制备涂层，电压：600V，电流：70A，喷涂距离：100mm，喷涂速度：35mm/s，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品；其中透明层厚度为5mm，气泡层厚度为3.5mm，内层涂层厚度为0.7mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.3mm，外层涂层厚度为1.6mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.7mm。
实施例2：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.25Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1800℃，烧结时间为40min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗8min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：采用两步法在初始石英坩埚表面制备多相涂层，首先制备Si3N4陶瓷涂层，制备方法为：
S1：以质量分数计，将70％的氮化硅纳米粉体与30％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压35V、电流125A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入500mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体，再将得到的氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚的内外表面；
S3：将S2得到的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度为1750℃，烧结压力为45Mpa，烧结时间为120min，制备得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层的制备方法为：
S1：以质量分数计，将50％Zr粉末、30％Si粉末和15％B4C粉末混合，在氩气的保护气氛中，1650℃下热处理2小时，制备得到ZrB2-SiC粉料；
S2：在S1得到的ZrB2-SiC粉料中添加用KH560偶联剂改性后的3％纳米CeO2和2％纳米Y2O3得到混合粉料，在步骤三得到石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料制备涂层，电压：550V，电流：60A，喷涂距离：110mm，喷涂速度：30mm/s，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品；其中透明层厚度为5mm，气泡层厚度为3.5mm，内层涂层厚度为0.7mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.3mm，外层涂层厚度为1.6mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.7mm。
实施例3：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.0Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1750℃，烧结时间为35min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗6min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：采用两步法在初始石英坩埚表面制备多相涂层，首先制备Si3N4陶瓷涂层，制备方法为：
S1：以质量分数计，将70％的氮化硅纳米粉体与30％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压30V、电流100A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入200mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体，再将得到的氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚的内外表面；
S3：将S2得到的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度为1500℃，烧结压力为30Mpa，烧结时间为90min，制备得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层的制备方法为：
S1：以质量分数计，将50％Zr粉末、30％Si粉末和15％B4C粉末混合，在氩气的保护气氛中，1600℃下热处理1小时，制备得到ZrB2-SiC粉料；
S2：在S1得到的ZrB2-SiC粉料中添加用KH560偶联剂改性后的3％纳米CeO2和2％纳米Y2O3得到混合粉料，在步骤三得到石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料制备涂层，电压：500V，电流：50A，喷涂距离：120mm，喷涂速度：25mm/s，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品；其中透明层厚度为5mm，气泡层厚度为3.5mm，内层涂层厚度为0.7mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.3mm，外层涂层厚度为1.6mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.7mm。
对比例1：将步骤四：ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层的制备去掉，只在石英坩埚表面制备Si3N4陶瓷涂层，其余与实施例1相同，具体步骤如下：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.5Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1850℃，烧结时间为45min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗10min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：采用两步法在初始石英坩埚表面制备多相涂层，首先制备Si3N4陶瓷涂层，制备方法为：
S1：以质量分数计，将70％的氮化硅纳米粉体与30％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压40V、电流150A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入800mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体，再将得到的氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚的内外表面；
S3：将S2得到的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度为2000℃，烧结压力为60Mpa，烧结时间为150min，制备得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；其中透明层厚度为5mm，气泡层厚度为3.5mm，内层Si3N4陶瓷涂层厚度为0.7mm，外层Si3N4陶瓷涂层厚度为1.6mm。
对比例2：将步骤三和步骤四去掉，其余与实施例1相同，具体步骤如下：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.5Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1850℃，烧结时间为45min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗10min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗，得到成品。
对比例3：将步骤四中改性纳米CeO2与纳米Y2O3的质量比为1.5：1修改为3：1，其余与实施例1相同，具体步骤如下：步骤一：取80Kg高纯石英砂放入坩埚模具中，再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空为1.5Pa；抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1850℃，烧结时间为45min；烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为8％的HF酸洗槽内酸洗10min，然后再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：采用两步法在初始石英坩埚表面制备多相涂层，首先制备Si3N4陶瓷涂层，制备方法为：
S1：以质量分数计，将70％的氮化硅纳米粉体与30％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压40V、电流150A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入800mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体，再将得到的氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚的内外表面；
S3：将S2得到的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度为2000℃，烧结压力为60Mpa，烧结时间为150min，制备得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层的制备方法为：
S1：以质量分数计，将50％Zr粉末、30％Si粉末和15％B4C粉末混合，在氩气的保护气氛中，1700℃下热处理3小时，制备得到ZrB2-SiC粉料；
S2：在S1得到的ZrB2-SiC粉料中添加用KH560偶联剂改性后的3％纳米CeO2和1％纳米Y2O3得到混合粉料，在步骤三得到石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料制备涂层，电压：600V，电流：70A，喷涂距离：100mm，喷涂速度：35mm/s，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品；其中透明层厚度为5mm，气泡层厚度为3.5mm，内层涂层厚度为0.7mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.3mm，外层涂层厚度为1.6mm，Si3N4陶瓷涂层厚度为0.7mm。
检测试验：
制备的石英坩埚，取实施例1-3和对比例1-3进行性能测试；高温使用寿命试验设置为1500℃，测试石英坩埚材料在此温度下正常工作的时间；温度冲击试验方法如下：将石英坩埚从25℃提高到1500℃，保温8h；在1420℃下保温40h，在600℃下保温3h，最后提高到1500℃保温8h，以上过程为一轮温度冲击，各石英坩埚抗温度冲击测试次数如下表所示；测试硬度采用铅笔硬度测试法，利用这一系列不同硬度的铅笔来检验样品的硬度，其中测试仪由铅笔夹具和样板移动台两部分组成，将待测的样品正面朝上固定在移动台上，铅笔夹在铅笔夹具上并与涂膜的平面成45°角，通过重锤令笔尖紧压在样品上；摇动摇柄使移动台带着样板向前移动，让铅笔在样品上划动，每划一次就换一支铅笔，从最硬的铅笔开始顺序由硬到软，逐个测试直到找到样品不被划破的铅笔，这支铅笔的硬度即为被测样品的硬度。
高温寿命/h 温度冲击/次 铅笔硬度/H
实施例1 400 8 8
实施例2 398 8 8
实施例3 396 8 8
对比例1 305 5 7
对比例2 200 3 6
对比例3 340 7 8
结论：实施例1-实施例3用量不变，只修改部分反应参数。由实验数据可知，石英坩埚的各项性能并无明显波动变化。对比例1：将步骤制备ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层去掉，只在石英坩埚表面制备Si3N4涂层，其它实验参数和实施例1保持相同；由实验数据可知，与实施例1相比高温寿命、耐温度冲击次数和铅笔硬度均有所下降。对比例2：不涂覆多相涂层Si3N4涂层和ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，其它实验参数和实施例1保持相同；由实验数据可知，与实施例1相比高温寿命、耐温度冲击次数和铅笔硬度都产生明显下降，所以在石英坩埚表面涂覆涂层是非常有必要的，能够显著提升石英坩埚的高温性能。对比例3将步骤四中改性纳米CeO2与纳米Y2O3的质量比1.5：1变为3：1，其它实验参数和实施例1保持相同；由实验数据可知比例调整偏大会造成改性纳米CeO2和改性纳米Y2O3的耐高温性能降低，降低坩埚的使用寿命，当改性纳米CeO2与纳米Y2O3的质量比为(1.2-1.5)：1时涂层的耐高温性能最优。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：取高纯石英砂放入坩埚模具中，抽真空进行熔制，然后再用石墨电极起电弧进行熔制烧结，烧结结束后将电弧关闭，模具退出熔制炉，研磨喷砂后获得初始石英坩埚；所述抽真空是从上到下、从里到外逐步进行；在抽真空过程中，处于内侧的区域在这一气压下可完全去除气泡，形成一层厚度为3-5mm致密且均匀的透明层；被去除的气泡在气压差下都扩散到透明层的外侧形成一层厚度为1.5-3.5mm且具有高气泡密度的区域，即气泡层；
步骤二：将所述初始石英坩埚浸入质量比为6-8％的HF酸洗槽内酸洗6-10min，再取出进入纯水中进行水洗，再依次进行高压清洗及超声波清洗；
步骤三：在初始石英坩埚内侧、外侧制备多相涂层，多相涂层自内而外包括Si3N4陶瓷涂层、ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层；通过电极放电制备氮化硅/碳核壳结构粉体，将氮化硅/碳核壳结构粉体涂覆在石英坩埚内外表面，再进行高温烧结得到具有Si3N4陶瓷涂层的石英坩埚；
步骤四：将Zr粉末、Si粉末和B4C粉末混合，烧结制备出ZrB2-SiC粉料；在ZrB2-SiC粉料中添加KH560偶联剂改性后的纳米CeO2、KH560偶联剂改性后的纳米Y2O3得到混合粉料；再将步骤三得到的石英坩埚表面使用等离子喷涂技术喷涂混合粉料，制备得到ZrB2-SiC-CeO2-Y2O3涂层，得到成品；其中KH560偶联剂改性后的纳米CeO2与KH560偶联剂改性后的纳米Y2O3的质量比为(1.2-1.5)：1；成品中透明层内侧的多相涂层厚度为0.5-0.7mm，其中Si3N4陶瓷涂层厚度为0.2-0.4mm；气泡层外侧的多相涂层厚度为1.0-2.0mm，其中Si3N4陶瓷涂层厚度为0.5-0.7mm。
2.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述高纯石英砂的杂质含量总和≤20ppm，单位重量内粒径150-200μm的石英砂占比为15-20％；真空熔制的压强为1.0-1.5Pa；电弧熔制烧结的条件为1750-1850℃烧结35-45min。
3.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤三中，氮化硅/碳核壳结构粉体的制备方法为：
S1：以质量分数计，将40-70％的氮化硅纳米粉体与30-60％的石墨粉混合制作阳极，纯石墨棒制作阴极；
S2：使用电压30-40V、电流100-150A的低压大电流石墨电极放电装置，将反应腔抽真空，充入200-800mmHg的氩气，并维持该气压不变，在此条件下放电即可得到氮化硅/碳核壳结构粉体。
4.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述高温烧结为热压烧结，烧结温度为1500-2000℃，烧结压力为30-60Mpa，烧结时间为90-150min。
5.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤四中，以质量分数计，所述Zr粉末为30-50％，800目；所述Si粉末为15-30％，400目；余量为B4C粉末，400目；KH560偶联剂改性后的纳米CeO2与Si粉末的质量比为1：10。
6.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述烧结条件为：在氩气的保护气氛中，1600-1700℃下热处理1-3小时。
7.根据权利要求1所述一种大尺寸石英坩埚的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述等离子喷涂工艺参数为：电压：500-600V，电流：50-70A，喷涂距离：100-120mm，喷涂速度：25-35mm/s。
8.一种大尺寸石英坩埚，其特征在于：根据权利要求1-7任意一项所述的制备方法制备得到。
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