CN117049896A - 一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚及其制备方法。本发明通过对碳碳坩埚基体进行聚硅氮烷溶液浸渍处理，经真空热处理在碳碳坩埚表面形成氮化硅涂层，然后采用超声速喷涂对碳碳坩埚的内表面喷涂硅粉，形成硅涂层，最后氮化硅涂层和硅涂层通过热处理反应，在坩埚内表面原位反应生成硅碳氮无氧涂层，其层间结合力更为牢固，能对碳碳坩埚进行有效封孔，使其表面更为致密，防止硅液渗透，阻止硅蒸汽与碳碳坩埚发生化学反应，有效防止碳碳坩埚被腐蚀破坏，起到保护碳碳坩埚的作用，可有效提高碳碳坩埚的高温力学性能和抗硅化腐蚀性能，延长碳碳坩埚的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚及其制备方法。
背景技术
目前，单晶硅拉制炉用坩埚普遍采用的是石英坩埚，但近年高纯石英砂原料短缺，进口受限，且石英坩埚约可使用15天，使用寿命较短，更换频繁，大大增加了企业生产成本。而且随着单晶硅尺寸的不断增大，对热场部件的尺寸要求也越来越大，碳碳复合材料由于其尺寸稳定性、力学性能优异等因素成为单晶硅用热场材料的首选。但是，在直拉单晶硅过程中，硅料的熔融会产生硅蒸气和熔融硅飞溅，造成碳碳热场材料的硅化侵蚀，碳碳热场材料的力学性能和使用寿命受到严重影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚及其制备方法，本发明制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚具有高致密度、高抗硅化腐蚀性能和表面力学性能，从而延长使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的制备方法，包括以下步骤：
将碳碳坩埚基体循环进行真空浸渍于聚氮硅烷浸渍液中和干燥后，进行第一真空热处理，得到表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚；
将所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚的内表面进行超声速喷涂硅涂层后，进行第二真空热处理，得到具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚。
优选的，所述碳碳坩埚基体的密度为1.65～2.0g/cm3，开孔率低于10％。
优选的，所述聚氮硅烷浸渍液包括液体聚氮硅烷、氮化硅粉和硅溶胶；所述液体聚氮硅烷的固含量为75～90％。
优选的，所述真空浸渍的真空度为0～0.1MPa；循环的次数为1～5次；每次真空浸渍的时间为10～15h，每次干燥的温度为150～300℃，每次干燥的时间为1～12h。
优选的，所述超声速喷涂的温度为1600～1800℃。
优选的，所述氮化硅涂层的厚度为100～300μm。
优选的，所述第一真空热处理的真空度为0～0.1MPa；所述第一真空热处理的温度为1800～2200℃；所述第一真空热处理的时间为4～12h。
优选的，所述硅涂层的厚度为40～80丝。
优选的，所述第二真空热处理的真空度为0～0.1MPa；所述第二真空热处理的温度为1800～2500℃；所述第二真空热处理的时间为10～36h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚，包括碳碳坩埚基体和在所述碳碳坩埚基体的内表面覆盖的硅碳氮无氧涂层；所述硅碳氮无氧涂层的厚度为200～600μm；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的密度为1.85～2.15g/cm3；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的开孔率为＜5％。
本发明提供了一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的制备方法，包括以下步骤：将碳碳坩埚基体循环进行真空浸渍于聚氮硅烷浸渍液中和干燥后，进行第一真空热处理，得到表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚；将所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚的内表面进行超声速喷涂硅涂层后，进行第二真空热处理，得到具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚。
本发明通过对碳碳坩埚基体进行聚硅氮烷溶液浸渍处理，然后经真空热处理在碳碳坩埚表面形成氮化硅涂层，然后采用超声速喷涂对碳碳坩埚的内表面喷涂硅粉，形成硅涂层，最后氮化硅涂层和硅涂层通过热处理反应，在坩埚内表面原位反应生成硅碳氮无氧涂层，经高温后，碳碳坩埚、氮化硅涂层及硅涂层中的C、N、Si三种元素发生键合反应生成硅碳氮无氧涂层。经由原位化学反应制得硅碳氮无氧涂层，层间结合力更为牢固，能对碳碳坩埚进行有效封孔，使其表面更为致密，防止硅液渗透，阻止硅蒸汽与碳碳坩埚发生化学反应，有效防止碳碳坩埚被腐蚀破坏，起到保护碳碳坩埚的作用，可有效提高碳碳坩埚的高温力学性能和抗硅化腐蚀性能，延长碳碳坩埚的使用寿命。
本发明使用覆有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚替换石英坩埚，可缓解国内石英砂短缺的问题，同时可提高单晶硅提拉坩埚的使用寿命，降低企业生产成本。本发明结合聚硅氮烷浸渍与超声速喷涂工艺，制备出的高密度光伏热场用碳碳复合材料坩埚，具有工艺简单、操作方便、制备周期短、生产成本低、力学性能优异、层间结合力强等优点，为大规模工业化生产提供了一种切实有效的方法。
具体实施方式
本发明提供了一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的制备方法，包括以下步骤：
将碳碳坩埚基体循环进行真空浸渍于聚氮硅烷浸渍液中和干燥后，进行第一真空热处理，得到表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚；
将所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚的内表面进行超声速喷涂硅涂层后，进行第二真空热处理，得到具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚。
如无特殊说明，本发明对所用制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明将碳碳坩埚基体循环进行真空浸渍于聚氮硅烷浸渍液中和干燥后，进行第一真空热处理，得到表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚。
在本发明中，所述碳碳坩埚基体的制备方法优选包括以下步骤：
用碳纤维编织制作成型，得到碳纤维坩埚预制体；
将所述碳纤维坩埚预制体在保护气下进行热处理后，进行粗车，得到坩埚成品坯；
对所述坩埚成品坯进行气相沉积增密，得到碳碳坩埚坯体；
将所述碳碳坩埚坯体依次进行浸渍-碳化增密和精车，得到碳碳坩埚基体。
本发明优选用碳纤维编织制作成型，得到碳纤维坩埚预制体。在本发明中，所述编织的结构优选为针刺结构；所述编织制作成型优选为使用无纬布与超薄网胎交替叠层针刺，并使用Z向碳纤维双向贯穿实现。
得到所述碳纤维坩埚预制体后，本发明优选将所述碳纤维坩埚预制体在保护气下进行热处理。
在本发明中，所述保护气优选为氩气；所述氩气的纯度优选为99.99～99.999％，更优选为99.999％；所述热处理的温度优选为1800～2300℃，更优选为1900～2000℃，保温时间优选为1～4h，更优选为2～3h，升温至所述热处理温度的升温速率优选为80～120℃/h，更优选为90～100℃/h。
在热处理过程中，用碳纤维编织制作成型的碳纤维坩埚预制体硬化成型。
所述热处理后，本发明优选将所述热处理后的碳纤维坩埚预制进行粗车，得到坩埚成品坯。
本发明对所述粗车没有特殊限定，采用本领域熟知的粗车按照图纸得到合格尺寸的坩埚成品坯即可。
得到所述坩埚成品坯后，本发明优选对所述坩埚成品坯进行气相沉积增密，得到碳碳坩埚坯体。
在本发明中，所述气相沉积增密使用的设备优选为CVD气相沉积炉；所述气相沉积增密使用的碳源气体优选为甲烷；所述甲烷的流量优选为2～20m3/h，更优选为5～10m3/h；所述气相沉积增密的温度优选为1000～1200℃，更优选为1000～1100℃，时间优选为100～300h，更优选为150～200h，压力优选为10～100kPa，更优选为20～80kPa；升温至所述气相沉积增密所需温度的升温速率优选为40～80℃/h，更优选为50～60℃/h；所述气相沉积增密至所得碳碳坩埚坯体的密度优选为1.3～1.5g/cm3，更优选为1.4～1.5g/cm3。
在本发明中，所述气相沉积增密优选为：将所述坩埚成品坯套装搭建工装，使用CVD气相沉积炉进行气相沉积增密。
本发明采用气相沉积增密对坩埚成品坯进行初始致密化，可以最大限度保证开孔孔隙的连通性，有利于缩短后续树脂碳增密周期，快速达到预定的体积密度，大大缩短制备周期，降低生产成本。
得到所述碳碳坩埚坯体后，本发明优选所述碳碳坩埚坯体依次进行浸渍-碳化增密和精车，得到碳碳坩埚基体。
在本发明中，所述浸渍-碳化增密优选为将所述碳碳坩埚坯体用酚醛树脂进行浸渍，经交联固化和高温碳化后，得到碳碳坩埚成品坯。
在本发明中，所述酚醛树脂优选为酚醛树脂乳液；所述酚醛树脂乳液的固含量优选为55～80％，更优选为60～70％；所述浸渍的压力优选为1～4MPa，更优选为2～3MPa；所述浸渍的时间优选为1～6h，更优选为3～5h；所述交联固化的温度优选为100～200℃，更优选为120～180℃；所述交联固化的压力优选为1～3MPa，更优选为2MPa；所述交联固化的保温时间优选为2～4h，更优选为3h；所述高温碳化的温度优选为600～1800℃，更优选为800～1200℃；所述高温碳化的保温时间优选为10～48h，更优选为36h。本发明对所述酚醛树脂的用量没有特殊限定，能够完全浸没碳碳坩埚坯体即可。
得到所述碳碳坩埚成品坯后，本发明优选将所述碳碳坩埚成品坯进行精车，得到碳碳坩埚基体。
在本发明中，所述精车优选为：将所述碳碳坩埚成品坯的内表面和外表面进行打磨至表面平整光滑无渣滓。
本发明将碳碳坩埚成品坯的内、外表面直接进行精车，使内部孔道最大限度暴露于内外表面，有利于下一步工序进行。
在本发明中，所述碳碳坩埚基体的密度优选为1.65～2.0g/cm3，更优选为1.8～2.0g/cm3，开孔率优选低于10％，更优选为1～5％。
在本发明中，所述聚氮硅烷浸渍液包括液体聚氮硅烷、氮化硅粉和硅溶胶；所述液体聚氮硅烷的固含量优选为75～90％，更优选为80～85％；所述液体聚氮硅烷、氮化硅粉和硅溶胶的质量比优选为100:(10～20):(5～10)，更优选为100:15:5；所述氮化硅粉的纯度优选为99.999％，粒径优选为10～100μm，更优选为20～50μm；所述硅溶胶的固含量优选为60～80％，更优选为65～75％；所述硅溶胶所用溶剂优选为二甲苯。本发明对所述聚氮硅烷浸渍液的用量没有特殊限定，能够完全浸没碳碳坩埚基体即可。
在本发明中，所述真空浸渍的真空度优选为0～0.1MPa，更优选为0.1MPa；循环的次数优选为1～5次，更优选为2～3次；每次真空浸渍的时间优选为10～15h，更优选为10～12h，每次干燥的温度优选为150～300℃，更优选为180～250℃，每次干燥的时间优选为1～12h，更优选为6～8h。
在本发明中，所述第一真空热处理的真空度优选为0～0.1MPa，更优选为0.1MPa；所述第一真空热处理的温度优选为1800～2200℃，更优选为1900～2000℃；所述第一真空热处理的时间优选为4～12h，更优选为8～12h；升温至所述第一真空热处理的升温速率优选为80～120℃/h，更优选为90～100℃/h。
浸渍液主要成分为聚硅氮烷，在真空热处理过程中，聚硅氮烷高温裂解，生成氮化硅。
在本发明中，所述氮化硅涂层的厚度优选为100～300μm，更优选为100～200μm。
本发明通过重复浸渍和干燥确保涂层效果。
得到所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚后，本发明将所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚的内表面进行超声速喷涂硅涂层。
在本发明中，所述超声速喷涂硅涂层所用硅粉的纯度优选≥99.999％，更优选为99.999％，粒径优选为10～100μm，更优选为10～50μm；所述超声速喷涂的温度优选为1600～1800℃，更优选为1700～1800℃。
在本发明中，所述硅涂层的厚度优选为40～80丝，更优选为50～60丝。
所述第二真空热处理前，本发明优选还包括：将所述超声速喷涂完成得到的喷涂碳碳坩埚置于干燥环境，冷却6～10h，更优选为7～8h。
所述超声速喷涂硅涂层后，本发明将所述超声速喷涂硅涂层后的表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚进行第二真空热处理，得到具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚。
在本发明中，所述第二真空热处理的真空度优选为0～0.1MPa，更优选为0.1MPa；所述第二真空热处理的温度优选为1800～2500℃，更优选为2000～2200℃；所述第二真空热处理的时间优选为10～36h，更优选为24～36h；升温至所述第二真空热处理的升温速率优选为80～120℃/h，更优选为90～100℃/h。
通过真空热处理，碳碳坩埚内表面的氮化硅涂层和硅涂层原位反应生成硅碳氮无氧涂层，从而提高碳碳坩埚抗硅化腐蚀性能和表面力学性能。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚，包括碳碳坩埚基体和在所述碳碳坩埚基体的内表面覆盖的硅碳氮无氧涂层。
在本发明中，所述硅碳氮无氧涂层的厚度为200～600μm，优选为200～400μm；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的密度为1.85～2.15g/cm3，优选为1.9～2.15g/cm3；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的开孔率＜5％，优选为1～3.5％。
在本发明中，所述具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的使用寿命优选为6～12个月，更优选为8～10个月。
本发明制备的硅碳氮无氧涂层可对碳碳坩埚进行有效封孔，使其表面更为致密，防止硅液渗透，阻止硅蒸汽与碳碳坩埚发生化学反应，有效防止碳碳坩埚被腐蚀破坏，可有效提高碳碳坩埚的高温力学性能和抗硅化腐蚀性能，延长碳碳坩埚的使用寿命。本发明提供的覆有高致密性硅碳氮无氧涂层的高密度碳碳坩埚满足光伏热场用单晶硅直拉炉碳碳坩埚受力核心结构部使用要求，使用寿命周期可达6～12个月。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
(1)制备碳碳坩埚基体
用碳纤维编织制作成型，得到碳纤维坩埚预制体，编织的结构为针刺结构，具体编织制作成型为使用无纬布与超薄网胎交替叠层针刺，并使用Z向碳纤维双向贯穿实现；将所得碳纤维坩埚预制体置于高温炉中在纯度为99.99％的氩气保护下以100℃/h升温至2000℃下热处理3h后，进行粗车按照图纸得到合格尺寸的坩埚成品坯；将所述坩埚成品坯套装搭建工装，使用CVD气相沉积炉进行气相沉积增密，气相沉积增密使用的碳源气体为流量为10m3/h的甲烷，气相沉积增密的温度为1000℃，时间为200h，压力为20kPa，升温至所述气相沉积增密所需温度的升温速率为60℃/h，得到的密度为1.42g/cm3的碳碳坩埚坯体在酚醛树脂(固含量为70％的乳液)中进行真空-压力浸渍，浸渍压力为2MPa，浸渍时间为6h，然后在1000℃、2MPa下进行交联固化3h，然后在碳化炉进行高温裂解碳化，碳化温度为1200℃，保温36h，对其内表面和外表面进行打磨至表面平整光滑无渣滓，得到密度为1.82g/cm3的碳碳坩埚基体；
(2)聚硅氮烷浸渍
将所述碳碳坩埚基体通过PIP工艺浸渍于聚氮硅烷浸渍液(包括质量比为100:15:5的液体聚氮硅烷(固含量为85％)、氮化硅粉(纯度为99.999％，粒径为20μm)和硅溶胶(固含量为75％，溶剂为二甲苯)中，抽真空至真空度为0.1MPa进行浸渍10h，180℃烘干8h，循环3次后，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2000℃进行热处理12h，得到表面具有氮化硅涂层(100μm)的碳碳坩埚；
(3)超声速喷涂硅涂层
取粒径为50μm、纯度为99.999％的硅粉，对表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚内表面进行整体超声速喷涂，喷涂温度为1800℃，喷涂时间为4h，在干燥环境中冷却8h后，形成硅涂层厚40丝，得到内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚；
(4)真空热处理
将内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚置于高温炉内，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2200℃进行热处理36h，复合涂层与碳碳坩埚表面原位反应生成硅碳氮无氧涂层，得到具有硅碳氮无氧涂层(200μm)的碳碳坩埚。
实施例2
(1)制备碳碳坩埚基体
用碳纤维编织制作成型，得到碳纤维坩埚预制体，编织的结构为针刺结构，具体编织制作成型为使用无纬布与超薄网胎交替叠层针刺，并使用Z向碳纤维双向贯穿实现；将所得碳纤维坩埚预制体置于高温炉中在纯度为99.99％的氩气保护下以在100℃/h升温至2000℃下热处理3h后，进行粗车按照图纸得到合格尺寸的坩埚成品坯；将所述坩埚成品坯套装搭建工装，使用CVD气相沉积炉进行气相沉积增密，气相沉积增密使用的碳源气体为流量为10m3/h的甲烷，气相沉积增密的温度为1000℃，时间为200h，压力为20kPa，升温至所述气相沉积增密所需温度的升温速率为60℃/h，得到的密度为1.44g/cm3的碳碳坩埚坯体在酚醛树脂(固含量为70％的乳液)中进行真空-压力浸渍，浸渍压力为2MPa，浸渍时间为6h，然后在1000℃、2MPa下进行交联固化3h，然后在碳化炉进行高温裂解碳化，碳化温度为1200℃，保温36h，对其内表面和外表面进行打磨至表面平整光滑无渣滓，得到密度为1.86g/cm3的碳碳坩埚基体；
(2)聚硅氮烷浸渍
将所述碳碳坩埚基体通过PIP工艺浸渍于聚氮硅烷浸渍液(包括质量比为100:15:5的液体聚氮硅烷(固含量为85％)、氮化硅粉(纯度为99.999％，粒径为40μm)和硅溶胶(固含量为75％，溶剂为二甲苯)中，抽真空至真空度为0.1MPa进行浸渍10h，180℃烘干8h，循环3次后，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2000℃进行热处理12h，得到表面具有氮化硅涂层(150μm)的碳碳坩埚；
(3)超声速喷涂硅涂层
取粒径为50μm、纯度为99.999％的硅粉，对表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚内表面进行整体超声速喷涂，喷涂温度为1800℃，喷涂时间为6h，在干燥环境中冷却8h后，形成硅涂层厚50丝，得到内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚；
(4)真空热处理
将内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚置于高温炉内，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2200℃进行热处理36h，复合涂层与碳碳坩埚表面原位反应生成硅碳氮无氧涂层，得到具有硅碳氮无氧涂层(300μm)的碳碳坩埚。
实施例3
(1)制备碳碳坩埚基体
用碳纤维编织制作成型，得到碳纤维坩埚预制体，编织的结构为针刺结构，具体编织制作成型为使用无纬布与超薄网胎交替叠层针刺，并使用Z向碳纤维双向贯穿实现；将所得碳纤维坩埚预制体置于高温炉中在纯度为99.99％的氩气保护下以在100℃/h升温至2000℃下热处理3h后，进行粗车按照图纸得到合格尺寸的坩埚成品坯；将所述坩埚成品坯套装搭建工装，使用CVD气相沉积炉进行气相沉积增密，气相沉积增密使用的碳源气体为流量为10m3/h的甲烷，气相沉积增密的温度为1000℃，时间为200h，压力为20kPa，更优选为，升温至所述气相沉积增密所需温度的升温速率为60℃/h，得到的整体密度为1.42g/cm3的碳碳坩埚坯体在酚醛树脂(固含量为70％的乳液)中进行真空-压力浸渍，浸渍压力为2MPa，浸渍时间为6h，然后在1000℃、2MPa下进行交联固化3h，然后在碳化炉进行高温裂解碳化，碳化温度为1200℃，保温36h，对其内表面和外表面进行打磨至表面平整光滑无渣滓，得到密度为1.85g/cm3的高密度碳碳坩埚基体；
(2)聚硅氮烷浸渍
将所述碳碳坩埚基体通过PIP工艺浸渍于聚氮硅烷浸渍液(包括质量比为100:15:5的液体聚氮硅烷(固含量为85％)、氮化硅粉(纯度为99.999％，粒径为60μm)和硅溶胶(固含量为75％，溶剂为二甲苯)中，抽真空至真空度为0.1MPa进行浸渍10h，180℃烘干8h，循环3次后，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2000℃进行热处理12h，得到表面具有氮化硅涂层(200μm)的碳碳坩埚；
(3)超声速喷涂硅涂层
取粒径为50μm、纯度为99.999％的硅粉，对表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚内表面进行整体超声速喷涂，喷涂温度为1800℃，喷涂时间为8h，在干燥环境中冷却8h后，形成硅涂层厚60丝，得到内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚；
(4)真空热处理
将内覆SiN/Si复合涂层的碳碳坩埚置于高温炉内，在真空环境(真空度为0.1MPa)下，以100℃/min的速率升温至2200℃进行热处理36h，复合涂层与碳碳坩埚表面原位反应生成硅碳氮无氧涂层，得到具有硅碳氮无氧涂层(400μm)的碳碳坩埚。
性能测试
(1)对实施例1～3得到的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的开孔率与密度进行测试，结果如表1所示。
表1实施例1～3得到的复合坩埚的密度和开孔率结果
由表1可知，本发明制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚与市面的碳碳坩埚相比，具有密度高、开孔率低、表面致密性度高的特点，故在提拉单晶时能够更好的隔绝熔融硅，起到保护硅料，防止硅料渗漏的作用，也能确保坩埚不被硅料腐蚀，延长坩埚的使用寿命。
(2)对实施例1～3得到的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的性能进行测试，同时将实施例1～3得到的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚应用于单晶硅的拉制，测试其使用寿命，以传统的石英坩埚作为对照，结果如表2所示。
表2实施例1～3得到的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的性能测试结果
| 性能指标 | 市售石英坩埚 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 最高使用温度(℃) | 1650 | 2600 | 2600 | 2600 |
| 抗压强度(MPa) | 55～100 | 167 | 172 | 183 |
| 抗折强度(MPa) | 30～50 | 271 | 278 | 281 |
| 导热系数(W/m·K) | 0.6-1.7 | 432 | 433 | 432 |
由表2可知，与传统石英坩埚对比，本发明制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚使用的碳碳材料具有天然优势，最高使用温度更高，致密性好，强度高，导热性好，故本发明制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的能耗更低，使用寿命更强，能更好的规避石英坩埚高温变形导致提拉单晶失败的问题。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳碳坩埚基体循环进行真空浸渍于聚氮硅烷浸渍液中和干燥后，进行第一真空热处理，得到表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚；
将所述表面具有氮化硅涂层的碳碳坩埚的内表面进行超声速喷涂硅涂层后，进行第二真空热处理，得到具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳碳坩埚基体的密度为1.65～2.0g/cm3，开孔率低于10％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚氮硅烷浸渍液包括液体聚氮硅烷、氮化硅粉和硅溶胶；所述液体聚氮硅烷的固含量为75～90％。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述真空浸渍的真空度为0～0.1MPa；循环的次数为1～5次；每次真空浸渍的时间为10～15h，每次干燥的温度为150～300℃，每次干燥的时间为1～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声速喷涂的温度为1600～1800℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅涂层的厚度为100～300μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一真空热处理的真空度为0～0.1MPa；所述第一真空热处理的温度为1800～2200℃；所述第一真空热处理的时间为4～12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅涂层的厚度为40～80丝。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二真空热处理的真空度为0～0.1MPa；所述第二真空热处理的温度为1800～2500℃；所述第二真空热处理的时间为10～36h。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备的具有硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚，其特征在于，包括碳碳坩埚基体和在所述碳碳坩埚基体的内表面覆盖的硅碳氮无氧涂层；所述硅碳氮无氧涂层的厚度为200～600μm；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的密度为1.85～2.15g/cm3；覆盖硅碳氮无氧涂层的碳碳坩埚内表面的开孔率为＜5％。
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