[发明专利]一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法，涉及碳基复合材料技术领域。本发明公开的高性能的碳碳坩埚表面涂层，主要通过先在碳碳坩埚的基底上先后沉积一层SiC过渡层和一层LaB₆/Y₃Al₅O₁₂外涂层，所述SiC过渡层采用多次包埋法沉积，所述LaB₆/Y₃Al₅O₁₂外涂层采用料浆法涂覆而成，且SiC过渡层通过有机硅浸渍剂浸渍处理后再涂刷外涂层浆料而成，本发明还公开了碳碳坩埚表面涂层的制备方法。本发明提供的碳碳坩埚表面涂层具有优异的高温强度、高温韧性和高耐磨性，并且抗热震性好、化学稳定性好，同时与碳碳基体具有较高的热膨胀相容性，显著提高了碳碳坩埚的使用寿命和耐损程度，且使碳碳坩埚能在1750℃下长期抗氧化使用。

技术领域

本发明属于碳基复合材料技术领域，尤其涉及一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法。

背景技术

随着各国政府和人民对资源、环境保护意识和力度的增强，太阳能这一绿色环保产业在我国发展突飞猛进，单晶硅炉的数量由2000年的800台左右迅速增加至现在的8000台左右，由此导致单晶硅炉必不可少的坩埚的需求急剧增长，从而也带动了碳/碳复合材料坩埚在单晶硅炉使用领域的快速发展。碳/碳复合材料坩埚，是由高强度纤维和炭素基质构成的复合材料加工而成的高技术产品，较之石墨制品节能、大幅度省材，且性能优异，具有长寿命、高比强度、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、耐急冷急热不变形不开裂等优良性能,是替代单晶炉石墨坩埚的理想的升级产品。

然而，由于碳/碳复合材料坩埚中的碳纤维是不被硅化的，则在坩埚表面可以看到一些不连续的小蚀坑。随着坩埚使用的进行，表面露出的碳纤维被磨平，这样使更里层的热解炭又会被硅化，如此反复进行，碳/碳复合材料逐渐变薄，其变薄的速度主要取决于热解炭的结构和拆炉清理时产生的摩擦。针对上述问题，目前通常使采用在碳/碳复合材料表面进行涂层处理，较为成熟的涂层方案是在碳/碳复合材料表层涂敷一层很薄的SiC。SiC材料的硬度高、热导率高、抗热震性好、化学稳定性高，同时它能与碳基体具有较好的热膨胀相容性，是一种优异的高温涂层，可有效提高碳碳复合材料的高温强度、抗高温氧化能力和抗高温冲击能力，延长了碳碳坩埚的使用寿命和耐损程度。

为了使碳/碳复合材料表面涂层能在更高温和更苛刻条件下使用，各国研发人员研究了复合涂层对碳/碳复合材料进行处理，通常采用SiC-Al₂O₃-莫来石、SiC/Ar-Al-Si涂层、Si-Mo涂层、SiC-WSi₂/MoSi₂等涂层体系。然而，目前的复合涂层在高温氧化环境下，生成的SiO2保护膜能有效的阻挡氧气的渗入，但是随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，目前研究的外涂层高温抗氧化能力均不太理想(现有的复合涂层最佳可达到的抗氧化温度为1650℃)，而内涂层生成的SiO2黏度降低，挥发严重，保护膜表面生成空洞或者气孔等缺陷，从而使涂层丧失氧化保护能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的碳碳坩埚表面涂层，该涂层具有优异的高温强度、高温韧性和高耐磨性，并且抗热震性好、化学稳定性好，同时与碳碳基体具有较高的热膨胀相容性，显著提高了碳碳坩埚的使用寿命和耐损程度，且使碳碳坩埚能在1750℃下长期抗氧化使用。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种高性能的碳碳坩埚表面涂层，所述涂层主要通过先在碳碳坩埚的基底上先后沉积一层SiC过渡层和一层LaB₆/Y₃Al₅O₁₂外涂层，所述SiC过渡层采用包埋法沉积，所述LaB₆/Y₃Al₅O₁₂外涂层采用料浆法涂覆而成。