CN1215385A - SiC加热芯棒的精制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过表面精制来提高SiC加热芯棒质量的方法。本发明的目的是提供一种精制SiC加热芯棒的方法,借助于该方法可以提高SiC加热芯棒的寿命。本发明的特征在于,－在基本上稳定的温度下,在一段长的时间内,通过无机酸或无机混合酸进行SiC加热芯棒的酸性处理;－接着在升温下用盐酸处理SiC加热芯棒,随后用水洗涤,并干燥;－使用由主要组分是Si(OC2H5)4的硅氧烷化合物和氧化保护剂组成的溶胶溶液多次浸渍SiC加热芯棒,并干燥,直至不再吸收溶胶溶液,其中硅氧烷化合物由Si(OC2H5)4－H2O－C2H5OH－HCl体系组成,氧化保护剂由通过Si(OC2H5)4水解制备的SiO2以及Al2O3和/或ZrO2组成,和－在溶胶溶液转化为无定形凝胶状态之后,在高于1000℃的温度下,短时地热处理SiC加热芯棒。

Description

SiC加热芯棒的精制方法
本发明涉及一种通过表面精制来提高SiC加热芯棒质量的方法。
在主要使用温度下经一定时间之后，因为SiC加热芯棒的主要组分-SiC被氧化为SiO2(α-尖晶石)，并因此提高加热芯棒的电阻，所以不能再使用该SiC加热芯棒。
SiC加热芯棒的质量由在主要使用温度下芯棒可以使用的时间长短来决定。为了制备质量好的SiC加热芯棒，提高SiC的纯度至98％以上，并且研制出具有最低孔隙率的密实SiC加热芯棒的制备方法。
同样研制出一种表面精制方法以保护芯棒表面。
目前已研制出的表面精制方法可以如下分为二个步骤。
第一步骤是浸渍方法，该方法在于，通过酸如磷酸或硼酸、乙酸铝或根据JP-56-52869(A)的胶体溶液来浸渍SiC加热芯棒的孔隙，然后热处理SiC加热芯棒，从而减少孔隙率和透气率。
第二步骤是掩盖方法。该方法在于，通过仅在加热芯棒的表面涂覆耐高温的化合物例如氧化物、釉、玻璃(US-PS 2,993,814)或MoSi2和MoSi2的化合物(US-PS3,252,827、US-PS3,189,477)来降低SiC加热芯棒的孔隙率和透气率。
通常，该方法的共性在于，由耐高温性的化合物和玻璃粉末制备悬浮液作为二氧化硅-氧化铝体系，并且以各种不同的方法将该悬浮液涂覆在SiC加热芯棒的表面上，然后热处理该加热芯棒。
在该方法中，不太考虑SiC颗粒之间接触面和SiC颗粒界面的保护问题。此外，在选择氧化保护剂时，同样不太重视与SiC和氧化保护剂之间的相互作用、反应性能和在芯棒表面上连续成膜性有关的问题。
基于这些理由，迄今已研制出的精制方法的效果不是非常显著的。
因此，本发明的目的是提供一种精制SiC加热芯棒的方法，借助于该方法可以提高SiC加热芯棒的寿命。
本发明的目的是这样实现的：
-在基本上稳定的温度下，在一段长的时间内，通过无机酸或无机混合酸进行SiC加热芯棒的酸性处理；
一随后用水洗涤SiC加热芯棒，干燥，接着在升温下用盐酸处理；
-使用由主要组分是Si(OC2H5)4的硅氧烷化合物和氧化保护剂组成的溶胶溶液多次浸渍SiC加热芯棒，并干燥，直至不再吸收溶胶溶液，其中硅氧烷化合物由Si(OC2H5)4、C2H5OH、蒸馏水和HCl组成，氧化保护剂由通过Si(OC2H5)4水解制备的SiO2、Al2O3和/或ZrO2组成，和
-在高于1000℃的温度下，短时地热处理SiC加热芯棒。
本发明的目的同样可以通过使用无机酸或混合酸进行SiC加热芯棒的酸性处理，然后进行氧化保护来解决。在SiC加热芯棒中一般存在各种不同的杂质，并且它们不完全形成SiC晶体。因此，根据SiC加热芯棒中的杂质种类和含量和其分布性能使用特殊的无机酸或无机混合酸处理加热芯棒。
接着，用水洗涤，然后干燥。紧接着，制备上述由Si(OC2H5)4-H2O-C2H5OH-HCl体系组成的硅氧烷化合物的溶胶溶液，这里其主要成分是Si(OC2H5)4。然后，制备用于形成微晶玻璃的溶胶溶液。
该溶胶溶液的特征在于，由硅氧烷化合物的溶胶溶液和
ZrOCl2*8H2O-C2H5OH,Al(NO3)3*9H2O(或者AlCl3*6H2O)-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH体系制备
-SiO2-ZrO2体系
(SiO2:32～88质量％,ZrO2:12～68质量％)，或者
-SiO2-Al2O3体系
(SiO2:25～85质量％,Al2O3:15～75质量％)，或者
-SiO2-Al2O3-ZrO2体系
(SiO2:30～86质量％,Al2O3:9～45质量％,ZrO2:5～25质量％)。
然后，以各种不同的方式用该溶胶溶液浸渍加热芯棒。
无机混合酸优选由
10～30％的氢氟酸，
60～80％的硝酸和
70～90％的硫酸组成，这里在约40℃下，使用该混合酸溶液进行处理4小时。
在本发明的又一方案中，在盐酸浓度在5％～25％之间时，进行SiC加热芯棒的盐酸处理。该处理的持续时间是约4小时，并在40～60℃的温度下完成。
在盐酸处理之后，使用PH值为6.5～7.0的纯水洗涤SiC加热芯棒，然后在干燥炉中，在100～120℃下干燥约8小时。
溶胶溶液包含作为氧化保护剂的体系
-SiO2，其是通过Si(OC2H5)4水解制备的，或者
-SiO2-ZrO2，其中SiO2:32～88质量％和ZrO2:12～68质量％，或者
-SiO2-Al2O3，其中SiO2:25～85质量％和Al2O3:15～75质量％，或者
-SiO2-Al2O3-ZrO2，其中SiO2:30～86质量％,Al2O3:9～45质量％,ZrO2:5～25质量％。
因此，由
-Si(OC2H5)4和
-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH
制备SiO2-ZrO2体系。
由
-Si(OC2H5)4和
-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O
制备SiO2-Al2O3体系。
由
-Si(OC2H5)4和
-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O
-ZrOCl2*8H2O
制备SiO2-Al2O3-ZrO2体系。
在本发明的进行中，在约1500～1600℃的温度下，进行SiC加热芯棒的热处理约5分钟以使表面光滑，然后溶胶溶液转化为无定形凝胶状态。
为了进行热处理，将SiC加热芯棒与电路接通。
通过加热芯棒的孔隙渗透的溶胶溶液同样覆盖SiC颗粒的界面、SiC颗粒的接触面、加热芯棒的孔隙和芯棒的几何表面。然后溶胶溶液很快转化为无定形凝胶状态。然后热处理精制的SiC加热芯棒。
本发明具有如下优点：
通过在SiC颗粒的界面、接触面、加热芯棒的孔隙和表面上形成连续的氧化保护膜来延长SiC加热芯棒的寿命。
在主要使用温度下，氧化保护剂本身不与SiC反应，并且氧化保护剂的热物理性能与SiC的性能相一致。
SiC加热芯棒的精制过程是不复杂的，但精制效果高。
下面的实施例进一步详细说明本发明。
SiC加热芯棒的尺寸：O18/300(350)/SHS
SiC加热芯棒的物理化学性能：
化学组成(质量％)：
SiC:  98.33
Si:  0.16
SiO2:  0.00
Fe:  0.40
Al2O3:  0.57
CaO:  0.05
MgO:  0.00
孔隙率：31％
密度：2.20g/cm2
抗弯强度：38Mpa
首先在约15％的氢氟酸中处理SiC加热芯棒。
然后，在由10～30％氢氟酸、60～80％的硝酸和70～90％硫酸组成的混合酸溶液中处理SiC加热芯棒4小时。混合酸溶液的温度稳定地保持在40℃。
接着，进行盐酸处理，在25％、15％和5％的浓度下分别处理4小时。紧接着，用干净水洗涤加热芯棒至PH值为6.5～7.0，然后在100～120℃下在干燥炉中干燥8小时。
这里盐酸溶液的温度是40～60℃，水的温度是60～70℃。
首先由硅氧烷化合物制备溶胶溶液。
溶胶溶液的组成：
     Si(OC2H5)4                              250克
     C2H5OH                                   376克
     蒸馏水                                     235克
     HCl(35％)                                    3克
将250克Si(OC2H5)4和188克C2H5OH混合。然后将剩余的188克C2H5OH、235克蒸馏水和3克HCl混合。
缓慢地(约40分钟)将后来混合的溶液拌入首先混合的由Si(OC2H5)4-C2H5OH体系所组成的溶液中。
将该混合溶液在恒温器中在30℃下放置30～48小时，并且在这段时间中混合溶液转化为硅氧烷化合物。
然后，将420克纯化的ZrOCl2*8H2O溶解在500克的C2H5OH中。该溶液与硅氧烷制成的溶解溶液相混合。使用这样制备的氧化保护剂浸渍SiC加热芯棒。
通过将该溶液涂抹或喷射在芯棒表面来进行浸渍。
然后，干燥这样精制的SiC加热芯棒。重复该过程3～5次，直至芯棒表面不再吸收氧化保护剂溶液。
将电流接在精制加热芯棒的末端。
然后，在1550℃下，热处理加热芯棒约5分钟。
根据日本工业标准JISR7501(13)进行精制SiC加热芯棒的试验。
按照该试验方法得到的试验结果以电阻增长率(％)表示：
在精制之前：6.3
在精制之后：2.1

Claims (12)

1．一种通过表面精制来精制SiC加热芯棒的方法，其特征在于，
-在基本上稳定的温度下，在一段长的时间内，通过无机酸或无机混合酸进行SiC加热芯棒的酸性处理；
-随后用水洗涤SiC加热芯棒，干燥，接着在升温下用盐酸处理；
-使用由主要组分是Si(OC2H5)4的硅氧烷化合物和氧化保护剂组成的溶胶溶液多次浸渍SiC加热芯棒，并干燥，直至不再吸收溶胶溶液，其中硅氧烷化合物由Si(OC2H5)4、C2H5OH、蒸馏水和HCl组成，氧化保护剂由通过Si(OC2H5)4水解制备的SiO2、Al2O3和/或ZrO2组成，和
-在高于1000℃的温度下，短时地热处理SiC加热芯棒。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，无机混合酸由
10～30％的氢氟酸，
60～80％的硝酸和
70～90％的硫酸
组成。
3．根据权利要求1和2的方法，其特征在于，在约40℃下，使用该混合酸溶液进行处理4小时。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于，在盐酸浓度在5％～25％之间时，进行SiC加热芯棒的盐酸处理，该处理的持续时间是约4小时，并在40～60℃的温度下完成。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于，在盐酸处理之后，使用pH值为6.5～7.0的纯水洗涤SiC加热芯棒，然后在干燥炉中，在100～120℃下，干燥约8小时。
6．根据权利要求1的方法，其特征在于，溶胶溶液包含作为氧化保护剂的体系：
-SiO2-ZrO2，其中SiO2:32～88质量％和ZrO2:12～68质量％，
或者
-SiO2-Al2O3，其中SiO2:25～85质量％和Al2O3:15～75质量％，
或者
-SiO2-Al2O3-ZrO2，其中SiO2:30～86质量％,Al2O3:9～45质量％,ZrO2:5～25质量％。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于，由
-Si(OC2H5)4和
-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH
制备SiO2-ZrO2体系。
8．根据权利要求6的方法，其特征在于，由
-Si(OC2H5)4和
-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O
制备SiO2-Al2O3体系。
9．根据权利要求6的方法，其特征在于，由
-Si(OC2H5)4和
-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O
-ZrOCl2*8H2O
制备SiO2-Al2O3-ZrO2体系。
10．根据权利要求1的方法，其特征在于，在约1500～1600℃的温度下，进行SiC加热芯棒的热处理约5分钟以使表面光滑。
11．根据权利要求10的方法，其特征在于，为了进行热处理，将SiC加热芯棒与电路接通。
12．根据权利要求1～11的方法，其特征在于，进行SiC加热芯棒的热处理，然后溶胶溶液转化为无定形的凝胶状态。
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