[发明专利]原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法，属于制备涂层的技术领域。

背景技术

多晶硅中的杂质元素与冶炼过程中使用的坩埚密不可分，如何制造出能尽量少的引入杂质、在硅熔炼过程中不发生粘连且能多次重复使用的坩埚对提高太阳能电池的质量和降低太阳能的成本有着重要的影响。因此，在坩埚的表面形成涂层以提高坩埚的性能有着十分重要的应用价值。

在石墨坩埚内表面生成一层SiC涂层可以阻碍坩埚基体与熔融硅之间的反应，减弱硅与坩埚之间的粘连行为，因此可以大大提高坩埚的使用寿命。此外由于涂层阻碍了坩埚与硅之间的传质过程，对于提高熔炼硅的质量及成品率有一定的作用。

目前在石墨表面形成SiC涂层的方法有化学气相沉积(CVD)技术、化学气相渗透法(CVI)、液Si浸渍技术、泥浆－凝胶法等。但这些方法较为复杂或者制备涂层的周期相对较长。

发明内容

本发明提供一种原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法。

本发明的技术方案为如下：

一种原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法，包括如下步骤：

（1）将打磨好的涂层用石墨坩埚埋覆于发热用石墨坩埚内的硅粉中，得预反应物料；

（2）将步骤（1）的预反应物料放置在超音频感应加热炉中，在1300℃下反应60～90min，其中所述超音频感应加热炉中导入惰性气体，使反应在惰性气体保护下进行。

上述制备方法中所述预反应物料包括加热用石墨坩埚、以及在其中的硅粉和涂层用坩埚。

本发明的技术方案中，在步骤（1）所述涂层用石墨坩埚的打磨处理方法优选为：用砂纸打磨涂层用坩埚，直至表面平整，其中砂纸使用顺序依次为200#、600#、1000#、2000#。

本发明的技术方案中，在步骤（2）中所述惰性气体的导入速率优选为0.2～2L/min，更优选为0.5L/min，所述惰性气体为氩气或氦气。

本发明的技术方案中，在步骤（2）的反应过程中，所述超音频感应加热炉的音频频率优选为26.5～27.0KHZ。

本发明的技术方案中，所述硅粉的粒径优选为1～10μm，更优选为2～8μm，最优选为5μm。

本发明对石墨坩埚的质量标准没有特殊的限定，本发明的石墨坩埚表面制备SiC涂层的原理是在适当的温度下石墨坩埚中的C与埋敷的硅粉发生原位反应，在石墨坩埚表面生成厚度均匀的SiC涂层，在本发明的条件下，只要是具有石墨表面的坩埚（或其他），在其表面均能生成SiC涂层。所述石墨坩埚可以优选三高石墨坩埚。

本发明所述原位反应法制备石墨坩埚表面的SiC涂层的方法进一步优选的方法包括如下步骤：

①用砂纸打磨涂层用坩埚，直至表面平整，其中砂纸使用顺序依次为200#、600#、1000#、2000#；

②将打磨好的涂层用石墨坩埚埋覆于发热用石墨坩埚内的硅粉中，得预反应物料；

③将步骤②的预反应物料放置在超音频感应加热炉中，用炉盖盖紧发热用石墨坩埚，热电偶插入硅粉中；

④通过设置在炉盖上的导气管，向发热用石墨坩埚中通入惰性气体，接通电源，加热感应线圈，调节感应线圈的功率，使超音频感应加热炉内温度保持在1300℃，保温加热反应60～90min，通过炉盖上的排气孔排去空气以及通入的惰性气体，并降低由于加热过程中炉内气体膨胀所产生的高压；

⑤反应完毕后，关闭电源，停止超音频感应加热炉的加热，发热用石墨坩埚内继续通入惰性气体，使涂层用石墨坩埚在惰性气体保护气氛中冷却，待冷却至室温后，停止通入惰性气体，拔出热电偶，取出涂层用石墨坩埚，得表面为SiC涂层的石墨坩埚。

在上述方法的步骤④和⑤中，惰性气体为氩气或氦气，通入速度优选为0.2～2L/min，更优选为0.5L/min；所述硅粉的粒径优选为1～10μm，更优选为2～8μm，最优选为5μm。

本发明的有益效果：

（1）本发明利用原位反应在石墨坩埚的表面通过固相反应生成厚度均匀的SiC涂层，该方法工艺简单、容易控制，有利于工业化生产。

（2）用该方法在石墨坩埚表面制备的SiC涂层石墨坩埚基体结合牢固，制备的涂层厚度均匀，平均厚度为70-130μm，且不会引入其他杂质。