CN1429468A - 延长加热元件在低温下的使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
一种延长主要含有硅化钼和硅化钼钨及这些基材的各种合金的加热元件在相对低的温度下，如400－800℃的温度下操作时的使用寿命的方法，本发明的特征在于当对所述元件进行操作时，使元件周围气氛的水含量低于约1体积％。
Description
发明领域
本发明涉及延长加热元件(heating elements)在低温下的使用寿命的方法，更具体地，延长含有硅化钼和硅化钼钨，包括这些基材的各种合金的元件的使用寿命。这种元件是由申请人在大量的申请中制备的。
发明背景
当这种元件在相对低的温度下，如在约400-500℃的温度下操作时，将不会生成保护性的二氧化硅壳(scale)(所谓的玻璃层)，这与在高温下对元件进行操作时相反。相反，元件会遭遇到所谓的有害物质(pest)，意思是在元件的表面上会形成非保护性的MoO3和SiO2层。这种混合物是多孔的并易于分解，从而使元件的使用寿命明显缩短。
但是，尽管如此，有些应用场合还把这种元件作为最好的选择。在这方面的一个例子是在制造电子电路中LPCVD室(低压化学蒸汽沉积)的加热时。
这种加热元件的低温性质可以通过在约1500℃或更高的温度下将元件预氧化以形成SiO2表层(skin)而得以提高。这种表层将会减缓有害物质的形成。
所提出的方法会大大延长这种加热元件的使用寿命。
技术方案
因此，本发明涉及一种延长主要含有硅化钼和硅化钼钨及这些基材的各种合金的加热元件在低温下，如400-800℃的温度下操作时的使用寿命的方法，其中所述方法的特征在于当对所述元件进行操作时，使元件周围气氛的水含量低于约1体积％。
本发明基于一个令人惊奇的发现，即，即使气体中氧含量非常高，但当元件周围气体中水含量保持在低水平的时候，形成的MoO3和SiO2氧化物产物的量会极少。
附图简述
现在将参考附图对本发明进行详细的阐述，其中：
图1表明对于不同气体来说，氧化物厚度与时间的关系图，和
图2表明由氧化引起的增重与周围气体水含量的关系图。
发明详述
本发明涉及一种延长主要含有硅化钼和硅化钼钨及这些基材的各种合金的加热元件在相对低的温度下，如400-800℃的温度下操作时的使用寿命的方法。在这一温度范围内，这种元件遭遇到所谓的有害物质。一方面，元件的操作温度随着元件的使用方法进行变化，另一方面，它也随着元件的物质组成而发生变化。
有害物质是由MoSi2和O2形成MoO3和SiO2。这种氧化物混合物相对多孔，因此不会提供任何的保护来避免继续氧化。
根据本发明，要使元件操作时周围气氛的水蒸汽含量低于约1体积％，这会使有害物质的生长显著降低。
图1示出450℃时不同气氛下MoO3和SiO2的氧化物厚度。在图1中，干燥空气意指空气的水含量为0.0005体积％。氧气(O2)是指相当干燥的氧气，O2+10％ H2O意指带有10体积％水的氧气。
从图1可明显地看出，氧化物生长已经得到了极大的限制，并且对干燥空气和干燥氧气来说基本相同，而当周围气氛含有10体积％水时，氧化物生长速率要快10倍以上。
图2示出元件温度为450℃时，由于形成所述氧化物而发生的物质增重与加热元件周围气氛中水含量的体积％之间的关系。
从图2可以很明显地看出，氧化，有害物质的形成随着水含量的增加呈直线上升。
业已证实，在周围气氛的水含量不同时，会形成不同的氧化物结构。
在450℃下，72小时和210小时后，会分别形成由嵌入到无定形SiO2中的MoO3-晶体组成的氧化物，这两种氧化物的比例看起来保持固定不变。
在含有10体积％水的氧气气氛中，72小时和210小时后，分别会形成更多的MoO3-晶体。相对于MoO3的比例来说，看起来SiO2的比例会随着时间而不断降低。
因此，周围气氛的水含量会影响所形成氧化物的结构和数量。所形成氧化物的结构和数量比例可以用来解释以上所讨论的，相对于周围气体的水含量来说，氧化物的生长所发生的很大的差异。
也可表明，周围气氛中氧气的量对于氧化物的生长没有明显的影响。
正如在介绍中提到的，在某些工业过程中，前述元件在所述温度下使用。
如前所述，本发明的特征在于使周围气氛中水含量低于约1体积％。图2表明，在这种情况下，氧化物生长仅比使用完全干燥的气氛时稍微大一些。
但是，优选将水含量控制在低于约0.5体积％。
根据本发明的优选实施方案，元件周围的气氛由具有前述水含量的空气组成，这种干燥度的空气可以通过商购装置或设备来生产，也可以通过空气气缸来获得干燥空气。
根据另一个优选实施方案，气氛由具有前述水含量的氧气组成，瓶装干燥氧气可以用于此目的。
气氛的选择将依赖于加热元件的使用方法。
在形成氧化物方面，不同于空气和氧气的气氛也可能产生相应的结果，条件是所述气氛具有本发明的水含量。例如可以使用氮气或惰性气体。
因此，应当认为，本发明将不局限于前述的元件周围气氛。
Claims (4)
1.一种延长主要含有硅化钼和硅化钼钨及这些基材的各种合金的加热元件在相对低的温度下，如400-800℃的温度下操作时的使用寿命的方法，其特征在于当对所述元件进行操作时，使元件周围气氛的水含量低于约1体积％。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于气氛由水含量低于约1体积％的空气组成。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于气氛由水含量低于约1体积％的氧气组成。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于使水含量低于约0.5体积％。
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