[发明专利]一种具有多孔陶瓷涂层的加热元件

说明书

本发明提供了一种具有多孔陶瓷涂层的加热元件，包括金属基体和复合在所述金属基体表面的多孔陶瓷涂层；所述多孔陶瓷涂层包括金属相和陶瓷相，所述金属相在所述多孔陶瓷涂层中的质量分数为0～50％；所述金属相为钨、钼、钽、锆、铌、铪中的一种或几种；所述陶瓷相为稀有金属的碳化物、稀有金属的氮化物、稀有金属的氧化物、硼的碳化物、硼的氮化物、硼的氧化物、氧化铝和氧化镁中的一种或几种。本发明中的涂层主体为陶瓷粉体，以金属粉体作为粘结剂，制备多孔陶瓷涂层。以陶瓷材料为主体的涂层能够增加元件的热辐射率，同时，由于陶瓷涂层为疏松的多孔结构，可以有效地减少因基体与涂层热膨胀系数差异产生的热应力，涂层不易开裂和剥落。

技术领域

本发明属于加热元件技术领域，尤其涉及一种具有多孔陶瓷金属涂层的加热元件。

背景技术

在高温加热领域，如高温加热炉、气相沉积(CVD)、有机化合物气相沉积(MOCVD)设备中，高熔点的金属钨和钨合金，经常会用做加热元件。MOCVD设备是制备发光二极管(LED)芯片、氮化镓(GaN)等功率半导体器件的关键设备。在该设备中，一般以钨丝或钨片作为加热元件，加热元件的作用在于其产生的热量通过热辐射方式加热其上的半导体晶元载盘，载盘再把热量传递到晶体生长的衬底，使衬底达到设定的工艺温度。

MOCVD晶体生长的工艺温度要求在1000-1300℃，有些工艺会要求加热温度达到1500℃以上，钨加热元件本身的温度会高达1400℃-2000℃。钨或钨合金处于高温时强度会下降，导致钨片加热器下垂变形，影响热场稳定性和加热器的使用寿命。

以钨或钨合金为加热元件的MOCVD设备中，热量的传输以热辐射为主。因此高温下，加热元件的热辐射效率很关键。一方面，热辐射率决定了热量的利用效率，另一方面热辐射率也决定了加热元件本身的温度。热辐射率高，达到相同的工艺温度时加热元件本身的温度就会降低，进而延长加热元件的使用寿命。

为了提高加热元件的热反射和热辐射效率，现有方法是对加热元件表面进行喷砂，增加表面粗糙度和表面积，提高热辐射的效率。

但是单纯的增加加热元件的表面粗糙度，不能改变材料本身的热发射率。而且，通过喷砂方法增加表面积的效果有限。因此，如何有效提高加热元件表面的热辐射率，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多孔陶瓷涂层的加热元件，本发明中的加热元件热辐射率高，且不易脱落。

本发明提供一种具有多孔陶瓷涂层的加热元件，包括金属基体和复合在所述金属基体表面的多孔陶瓷涂层；

所述多孔陶瓷涂层包括金属相和陶瓷相，所述金属相在所述多孔陶瓷涂层中的质量分数为0～50％；

所述金属相为钨、钼、钽、锆、铌和铪中的一种或几种；

所述陶瓷相为稀有金属的碳化物、稀有金属的氮化物、稀有金属的氧化物、硼的碳化物、硼的氮化物、硼的氧化物、氧化铝和氧化镁中的一种或几种。

优选的，所述稀有金属为钨、钼、钛、锆、钽、铌、铪、镧、铈和钇中的一种或几种。

优选的，所述陶瓷相为钨的碳化物、钨的氮化物、钨的氧化物、钼的碳化物、钼的氮化物、钼的氧化物、钛的碳化物、钛的氮化物、钛的氧化物、锆的碳化物、锆的氮化物、锆的氧化物、钽的碳化物、钽的氮化物、钽的氧化物、铌的碳化物、铌的氮化物、铌的氧化物、铪的碳化物、铪的氮化物、铪的氧化物、硼的碳化物、硼的氮化物、硼的氧化物、氧化铝、氧化镁、三氧化二镧、三氧化二铈和三氧化二钇中的一种或几种。

优选的，所述多孔陶瓷涂层的孔隙率为10～70％。

优选的，所述金属陶瓷复合涂层的厚度为2～500μm。

优选的，所述金属基体为纯钨或钨合金。